Pechino stanzia una cifra enorme per sviluppare sistemi litografici EUV nazionali, che le consentirebbero di produrre chip avanzati, superando il monopolio di ASML e le restrizioni occidentali.
Dopo aver acquistato impianti per la produzione di chip “maturi” per decine di miliardi di dollari, con i quali l’industria cinese dei semiconduttori si appresta a sfidare le aziende occidentali sia in patria che all’estero, il governo di Pechino si prepara a superare l’ultimo ostacolo che ancora lo separa dalla produzione di chip avanzati: la realizzazione di sistemi litografici EUV (Extreme Ultraviolet), necessari per fabbricare chip con geometrie inferiori ai 5 nm, fino a 2 nm o persino più piccoli.
Gli impianti per la fotolitografia consentono di “stampare” su silicio le complesse architetture dei moderni chip, che possono contenere miliardi di transistor, gli elementi base di qualsiasi circuito integrato, processore o memoria.
Per riuscire a integrare un numero sempre maggiore di transistor nei wafer di silicio, è necessario ridurne le dimensioni fino a valori infinitesimali.
Nel tempo, il cosiddetto “nodo di processo” del singolo transistor è passato da dimensioni di qualche micron a valori sempre più ridotti. Attualmente, il nodo più avanzato in produzione di massa misura 3 nm, ma entro quest’anno verranno prodotti chip a 2 nm, con l’obiettivo di raggiungere 1 nm entro la fine del decennio.
Il processo più critico nella produzione di un chip è proprio quello dell’incisione fotografica, che viene ripetuta decine o centinaia di volte a seconda della complessità del circuito integrato.
La litografia ultravioletta estrema (EUV) è una tecnologia sviluppata dall’azienda olandese ASML, che consente di incidere con estrema precisione i wafer di silicio. Grazie a questa tecnologia, è possibile concentrare in un’area grande quanto un’unghia miliardi di transistor.
Attualmente, ASML è l’unica azienda al mondo in grado di produrre impianti EUV, frutto di oltre due decenni di sviluppo e ingenti investimenti.
Negli ultimi vent’anni, ASML ha investito oltre 6 miliardi di euro in ricerca e sviluppo, superando numerose sfide tecniche per soddisfare le esigenze dei produttori di chip, soprattutto per garantire una produzione su larga scala.
Questa tecnologia, dunque, rappresenta il confine tra la produzione di chip maturi – per quanto avanzati – e la produzione di chip all’avanguardia.
Con un investimento di 37 miliardi di euro, la Cina ha messo nel mirino proprio questa tecnologia strategica, alla quale non ha accesso a causa delle restrizioni occidentali.
Pechino non sta solo cercando di colmare il divario tecnologico, ma anche di ridefinire l’equilibrio di potere, puntando alla completa indipendenza nel settore. Questa iniziativa potrebbe ridefinire l’innovazione globale e intensificare le tensioni in un mercato già fortemente competitivo.
La Cina riuscirà a mettere in discussione il predominio tecnologico dei Paesi occidentali in questo settore chiave?
Secondo alcune indiscrezioni, l’annuncio della prima macchina EUV cinese potrebbe arrivare già quest’anno.
Al progetto stanno lavorando numerose aziende locali, guidate ancora una volta dal colosso Huawei, che nel 2022 ha presentato un brevetto per un nuovo tipo di sorgente EUV.
Anche SMEE (Shanghai Micro Electronics Equipment), il più importante produttore cinese di impianti fotolitografici, ha depositato nel 2023 un brevetto intitolato “Generatori di radiazioni ultraviolette estreme e apparecchiature per litografia”.
Recentemente, anche il mondo accademico cinese è sceso in campo con un progetto dell’Harbin Institute of Technology, che ha proposto un approccio tecnologico per generare la luce EUV completamente diverso dai metodi occidentali.
Secondo il sito web dell’istituto, il progetto “Sorgente di luce litografica ultravioletta estrema al plasma a scarica con una lunghezza d’onda centrale di 13,5 nanometri”, guidato dal professor Zhao Yongpeng, “vanta un’elevata efficienza di conversione energetica, bassi costi, dimensioni compatte e una difficoltà tecnica relativamente bassa”.
Il team di Zhao utilizza il metodo del plasma a scarica indotta da laser (LDP), anziché la tecnologia LPP, convertendo direttamente l’energia elettrica in plasma con una maggiore efficienza energetica. Tuttavia, l’ottimizzazione dei parametri e della tempistica degli impulsi di scarica rimane una sfida tecnica significativa, insieme alle limitazioni di potenza in uscita.
Anche altri gruppi di ricerca cinesi stanno studiando l’EUV, adottando approcci diversi.
Tra questi, lo Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics e la Tsinghua University, che sta guidando la costruzione di un importante progetto scientifico nazionale, l’SSMB-EUV, che in futuro dovrebbe fungere da sorgente di luce per le macchine fotolitografiche.
Sebbene l’investimento da 37 miliardi di euro della Cina rappresenti uno sforzo formidabile per sfidare il monopolio di ASML, è improbabile che il Paese riesca a produrre impianti fotolitografici a 13,5 nanometri commercialmente validi prima di 10-15 anni.
ASML è un integratore di sistemi che sfrutta IP e componenti avanzatissimi, quasi tutti occidentali, frutto di decenni di ricerca. Sostituire in poco tempo le tecnologie di aziende come Cymer e Zeiss è altamente improbabile.
Da parte sua, ASML continua a rafforzare la propria leadership con l’introduzione di nuove tecnologie, come la litografia EUV ad alta apertura numerica (High-NA), giunta alla seconda generazione, con la quale si potranno realizzare chip da 1 nm.
L’ottimizzazione e la ricerca proseguono anche su altri fronti, come quello dell’efficienza energetica.
Recentemente, il professor Tsumoru Shintake dell’Okinawa Institute of Science and Technology (OIST) ha proposto una tecnologia EUV che consentirebbe di ridurre del 90% i consumi energetici attuali.
Anche ASML ha recentemente introdotto importanti migliorie nei propri sistemi, sia in termini di efficienza energetica che di produttività.
A nostro avviso, a meno di improbabili stravolgimenti geopolitici o tecnologici, i produttori cinesi rimarranno inchiodati al limite di 5 nm per molti anni ancora, mentre le aziende occidentali e i loro alleati asiatici arriveranno a produrre chip con nodo di processo fino a 1 nm.
