Dentro de la batalla mundial por la fabricación de chips con Chris Miller

Hace unas semanas, el presidente Joe Biden estuvo en los Países Bajos, donde solicitó al gobierno holandés que restrinja las exportaciones de una empresa llamada ASML a China. ASML es la única empresa en el mundo que fabrica una máquina específica necesaria para fabricar los chips más avanzados. Apple no podría fabricar chips para iPhone sin esta máquina de la compañía más grande de los Países Bajos. ASML no solo da forma a la economía holandesa, da forma a todo mundo economía. ¿Cómo sucedió eso?

Chris Miller, profesor de Tufts y autor de Chip Conflict: la lucha por la tecnología más crítica del mundo me guió a través de mucho de esto, junto con algunas inmersiones profundas en la geopolítica y el proceso de fabricación de chips absolutamente fascinante. Este lo tiene todo: política exterior, láseres de alta potencia, ejecutivos destacados, monopolios, los límites fundamentales de la física y, por supuesto, Texas. Aquí vamos.

El siguiente extracto ha sido ligeramente editado para mayor claridad. La transcripción completa llegará pronto.

¿Puede explicarnos los conceptos básicos de la litografía EUV y cómo se fabrican los chips?

Entonces, primero: ¿qué es la litografía? Si desea hacer patrones en obleas de silicio, lo hace proyectando luz a través de máscaras. Las máscaras bloquearán la luz en ciertas áreas y la dejarán pasar en otras, y así es como se obtiene un patrón en una versión miniaturizada en un chip. Los chips avanzados de hoy en día tienen millones, o a menudo miles de millones, de diminutos circuitos tallados en ellos. A menudo son del tamaño de un virus o incluso más pequeños, por lo que realmente necesita capacidades de carbono ultraprecisas. La litografía EUV utiliza luz a una longitud de onda de 13,5 nanómetros, una luz ultrapequeña mucho más pequeña que la longitud de onda de la luz seen. Necesita luz de longitud de onda realmente pequeña porque los circuitos que está tallando son muy, muy pequeños y, a menudo, miden solo un par de nanómetros de dimensión. Producir este tipo de luz es realmente difícil porque está justo al lado del espectro de rayos X. Su producción es complicada, y el desarrollo de espejos para reflejarlo también es muy difícil.

Así es como funciona el proceso. Una bola de estaño cae a una velocidad de varios cientos de millas por hora a través del vacío y mide alrededor de 30 millonésimas de metro de diámetro. Es pulverizado por dos disparos de uno de los láseres más poderosos jamás desplegados en un dispositivo comercial y explota en un plasma que mide varias veces más caliente que la superficie del Sol, es decir, varios cientos de miles de grados Fahrenheit. Este plasma emite luz EUV exactamente en la longitud de onda correcta de 13,5 nanómetros y luego se recolecta a través de una serie de aproximadamente una docena de espejos, que en sí mismos son los espejos más planos que los humanos hayan producido. Los espejos reflejan la luz en el ángulo correcto para que llegue a la oblea de silicio y esculpe los circuitos en los chips que hacen posible su iPhone.

Así es como llegas a un chip A13 en el iPhone, ¿verdad?

TSMC tiene que comprar esta máquina a ASML, que tiene que ensamblar todos estos componentes, desde los espejos más planos jamás producidos hasta los láseres más potentes jamás desplegados en un entorno comercial hasta bolas de estaño. Imagino que las bolitas de hojalata son algo fáciles de adquirir. Tiene que fabricar esa máquina, luego se la vende a TSMC, que luego la usa para fabricar chips de iPhone o cualquier otra cosa. ¿ASML simplemente se lava las manos con esta máquina cuando se la vende a TSMC? Esto suena como algo muy complicado de operar.

Es extraordinariamente complicado. Solo enviar la máquina requiere varios 747 (Boeing) para mover, y cuestan $ 150 millones cada uno. También hay private de ASML en el sitio junto a la máquina durante toda la vida útil de estas herramientas. ASML es la única empresa que sabe cómo atenderlos cuando algo sale mal, y son la única empresa con repuestos en caso de que algo se rompa. Simplemente no puede operarlos sin el private de ASML.

Son tan sofisticados y precisos que aprender a operarlos en una instalación de producción en masa requiere no solo que las compañías de semiconductores como TSMC hayan investigado mucho para usarlos, sino también una asociación profunda con ASML porque tienen un conocimiento realmente único. sobre cómo funciona la óptica y cómo la luz se refleja y refracta en diferentes contextos. Debe asociarse muy, muy profundamente con ASML para comprender cómo usar realmente estas máquinas en la fabricación en masa.

Parece que ASML tiene el monopolio de este fabuloso equipo. ¿Venden a otros vendedores? ¿Puede Intel comprar estas máquinas? ¿Pueden otras fundiciones? ¿Puede Samsung comprar estas máquinas?

Sí. ASML vende a clientes de todo el mundo, excepto en China, de lo que podemos hablar, pero solo hay un par de empresas que realmente pueden usar una máquina EUV. Son TSMC, Samsung, Intel y también un par de fabricantes de chips de memoria, como SK Hynix y Micron. Hay muy pocos clientes potenciales por ahí porque el precio es muy alto y el nivel de habilidad de fabricación de precisión necesaria para hacer uso de ellos es realmente tan especial y único que ASML sabe que solo tendrá una base de clientes que mida la mitad una docena o tal vez, a lo sumo, una docena de empresas.

¿Por qué ASML no hace los chips solo?

Bueno, ASML no tiene concept de cómo hacer chips. Son una empresa extraordinaria, pero una sola empresa no puede hacer mucho. Esta máquina es solo una de las múltiples máquinas ultracomplejas necesarias para fabricar chips. Además de hacer brillar la luz exactamente en la longitud de onda correcta a través de esta óptica realmente complicada, también necesita diferentes máquinas que puedan colocar películas delgadas de materials de solo un par de átomos de espesor o grabar cañones en el silicio de solo un par de átomos de ancho. Estas máquinas son producidas por diferentes empresas que tienen capacidades únicas, sobre las cuales ASML no sabe nada. Los propios fabricantes de chips también tienen capacidades únicas. TSMC es mejor que nadie, incluidos sus proveedores, en el uso de las máquinas para fabricar chips de manera efectiva. Realmente necesitamos una asociación de todas estas empresas diferentes, los fabricantes de herramientas como ASML y los fabricantes de chips como TSMC, para producir semiconductores efectivos.

Sí. La gente puede discutir si Milwaukee o DeWalt fabrican las mejores herramientas eléctricas, pero eso no te convierte en carpintero. ¿Es ese el ambiente aquí, que puedes comprar la herramienta, pero tienes que saber cómo usarla?

Eso es absolutamente correcto. Saber cómo usarlo, como proceso, no solo requiere comenzar con un doctorado en ingeniería eléctrica o ciencia de materiales, sino que realmente requiere años de trabajo con las herramientas. El proceso de desarrollo de una herramienta EUV tomó 30 años. Eso solo te da una concept de la escala de precisión que se necesitaba para aprovecharlo.