Эта статья — часть большого разбора истории про китайский 7-нм техпроцесс и новость, которая вызвала много обсуждений.
Если вы попали сюда впервые, лучше начать с самого начала, потому что там объясняется, с чего вообще всё началось.
➡ Китай сделал скачок с 22 нм на 7 нм? Почему эта новость всех удивила
В первой части разбираем саму новость, почему она вызвала столько шума и что именно произошло на самом деле.
В первой части мы разобрали саму новость и поняли, почему она вызвала столько вопросов.
Теперь нужно разобраться в фундаменте всей полупроводниковой индустрии — в том, что вообще означает техпроцесс и почему переход с 22 нм на 7 нм считается огромным скачком, а не просто очередным обновлением.
Многие думают, что техпроцесс — это просто размер транзистора.
На самом деле всё гораздо сложнее.
Современные чипы — это одна из самых сложных вещей, которые умеет делать человечество, и уменьшение размеров внутри них упирается не только в инженерию, но и в физические ограничения.
Чтобы понять, почему новость про 7 нм настолько важна, нужно сначала разобраться, как вообще делают микросхемы.
Как создаётся микросхема — очень упрощённое объяснение
Производство чипов происходит на кремниевой пластине, которую называют wafer.
На одной такой пластине может находиться сразу несколько сотен или даже тысяч микросхем.
Процесс создания чипа состоит из десятков и сотен операций, но в упрощённом виде он выглядит так:
- Берётся кремниевая пластина.
Она должна быть идеально чистой и ровной, потому что даже микроскопическая пылинка может испортить целую партию. - На пластину наносится слой материала.
Это может быть диэлектрик, металл или полупроводник. - На поверхность наносится специальный светочувствительный слой — фоторезист.
- Через фотошаблон на пластину светят лазером.
Свет проходит только через нужные участки и формирует рисунок. - После этого лишний материал удаляется травлением.
- Процесс повторяется десятки раз, слой за слоем.
В итоге получается микросхема, в которой миллиарды транзисторов.
Важно понимать:
Чем меньше техпроцесс, тем меньше размер элементов, которые нужно «нарисовать» светом.
И вот здесь начинается самая большая проблема.
Почему размер элементов ограничен длиной волны света
Фотолитография работает с помощью света.
А у света есть длина волны, и она ограничивает минимальный размер, который можно получить.
Существует физическая формула разрешения литографии.
R = k × λ / NA
где
- R — минимальный размер линии,
- λ — длина волны света,
- NA — числовая апертура оптики,
- k — коэффициент процесса.
Из этой формулы следует очень важный вывод:
Чтобы уменьшить размер элементов, нужно уменьшить длину волны света.
Именно поэтому индустрия перешла на новые типы литографии.
Перед таблицей важно понять, что существует два основных поколения оборудования.
Таблица типов литографии
После таблицы становится понятно, почему переход на EUV был таким важным.
Разница между 193 nm и 13.5 nm огромная.
Это почти как сравнивать линейку и микроскоп.
Именно поэтому без EUV очень сложно делать современные техпроцессы.
Почему нельзя просто продолжать уменьшать размеры
Многие думают, что можно просто сделать более точный лазер и всё.
Но проблема в том, что уменьшение техпроцесса вызывает сразу несколько сложностей.
Основные проблемы уменьшения техпроцесса
- Ограничение длины волны.
Если длина волны больше, чем нужный размер, рисунок будет размытым. - Диффракция света.
Свет начинает огибать края, и линии получаются неточными. - Ошибки масок.
При маленьких размерах даже минимальная ошибка портит чип. - Накопление погрешностей.
Чип состоит из десятков слоёв, и каждый должен совпасть идеально. - Тепловые эффекты.
При маленьких размерах материалы ведут себя по-другому. - Квантовые эффекты.
При очень маленьких размерах электроны начинают вести себя не как в обычной физике.
Каждая из этих проблем усложняет производство.
Поэтому каждый новый техпроцесс — это не просто уменьшение числа, а огромная научная задача.
Почему индустрия перешла на EUV
Когда стало понятно, что с длиной волны 193 nm дальше идти сложно, инженеры начали разрабатывать новую литографию.
Так появилась EUV.
EUV — это экстремально ультрафиолетовое излучение с длиной волны 13.5 nm.
Перед таблицей посмотрим разницу.
Таблица сравнения DUV и EUV
После таблицы важно понять:
EUV не просто лучше.
EUV — это единственный способ делать современные чипы массово.
И вот здесь появляется политика.
Потому что EUV делает только одна компания в мире.
И именно это стало ключевым фактором в санкциях против Китая.
В следующей части разберём:
- кто делает оборудование,
- почему ASML так важна,
- какие санкции ввели США,
- и почему Китай оказался ограничен в развитии.
Теперь понятно, что техпроцесс — это не просто цифры, а результат невероятно сложного производства.
Но возникает следующий вопрос — если всё так сложно, то почему вообще не все страны могут делать современные чипы?
Ответ в одной технологии, без которой невозможно производство новых процессоров.
Об этом в следующей части:
➡ Почему одна технология держит весь мир за горло
Разберём, что такое литография, почему оборудование стоит сотни миллионов долларов, и как получилось, что одна технология влияет на весь рынок электроники.
После этого станет понятно, почему новость про китайский 7 нм вызвала столько шума.