Intel heeft zojuist aangekondigd dat ASML's High-NA EUV-machine klaar is voor gebruik. Voor het eerst heeft de zogeheten Twinscan EXE:5000 lijnen van 10 nanometer gemaakt op een stukje silicium, dat bewijst dat alle onderdelen tot op zekere hoogte naar behoren werken. Het nieuwe apparaat zal toekomstige productieprocessen mogelijk maken, maar eerst zullen zowel Intel als ASML flink gaan testen om dit te realiseren.
Director of Lithography, Hardware & Solutions bij Intel Foundry Mark Phillips legt uit wat deze ontwikkeling betekent. De Twinscan EXE:5000 werkt volledig. Alle componenten om de volledige scanner het formaat van een woning met twee verdiepingen te geven, zijn inmiddels geïnstalleerd. Het echte werk moet echter nog beginnen, want een fonkelnieuwe productiemethode vergt talloze tests en onderzoeken.
Phillips is zeer te spreken over het nieuwe instrument van ASML. Het gevaarte is weliswaar nog bedoeld voor R&D-doeleinden, maar op den duur zal het wel degelijk chips voor massaproductie mogelijk maken. We hebben eind december dus feitelijk al de levering van 's werelds eerste 'echte' High-NA EUV-machine gezien.
High-NA EUV
Met High-NA EUV wordt gedoeld op de nieuwste methode om halfgeleiders te produceren door middel van extreem ultraviolet (EUV)-licht. Het is de volgende stap van ASML en consorten om 'continu te krimpen', waarbij de getekende chipontwerpen steeds kleiner worden. Het formaat van het kleinste ontwerp op een chip, bekend onder de naam 'critical dimension' (CD), is deze keer 8 nanometer. Het is een forse reductie ten opzichte van 'reguliere' EUV, dat 13,5 nanometer als minimum kende. Vóór 2015 was elke moderne processor gebouwd met DUV (deep ultraviolet)-technologie. Dat inmiddels relatief verouderde DUV is ten opzichte van EUV alsof je Duplo met Lego vergelijkt: daar is de kleinste tekengrootte een reusachtige 30 nanometer. Voor context: een mensenhaar is ongeveer 90.000 nanometer dik.
Hierbij dient wel gezegd te worden dat de allerkleinste dimensies enkel gebruikt worden voor bepaalde componenten. Alleen als een deel van de chip als bottleneck geldt, is het zinvol om deze met High-NA EUV te maken, laat Phillips weten. Met andere woorden: relatief eenvoudige onderdelen van een chip, zoals de logica voor input-output (in de I/O die), worden met oudere processen vervaardigd. Het is het voordeel van de nieuwe chipproductietechniek bekend als 'advanced packaging', dat betekent dat chips niet meer uit 1 stukje silicium bestaan maar meerdere, verbonden met razendsnelle interconnects.
Leiderschapsrol
Dat de ASML-machine zeer prijzig is, staat buiten kijf. Bovendien: Intel, TSMC en Samsung zullen er aardig wat nodig hebben om hun fabrieken in Amerika, Europa en Azië te voorzien. Hoeveel precies wil Phillips niet kwijt, dat soort zaken deelt Intel nooit. Maar: "elke keer als ik de prijs vertelde van een nieuw instrument, schrokken mensen enorm," zegt Phillips. Toch is het de moeite waard, meent hij, en dat zal Intel maar al te goed weten.
Veel is overigens hetzelfde gebleven binnen het ASML-ontwerp. Zo is de 'wafer module', het onderdeel dat de schijven silicium waar computerchips op worden geproduceerd, hetzelfde als bij eerdere EUV-machines. "ASML is veel verder gegaan dan voorheen [wat modulariteit betreft, red.]," stelt Phillips.
Dat scheelt, zeker omdat elk apparaat circa 400 miljoen euro kost. Het kunnen hergebruiken van onderdelen betekent uiteindelijk dat ASML en haar productiepartners geen extra ontwikkelkosten hoeven door te rekenen aan klanten als Intel, Samsung en TSMC. Voor dat hoge prijskaartje krijgen klanten wel iets terug: een bijzonder hoge productiecapaciteit. Zo kunnen er met High-NA EUV-machines 185 wafers per uur worden gebakken. Dat is een reusachtige verbetering ten opzichte van de eerste EUV-machines van rond 2015, die slechts 120 per uur konden maken.
Toegeven van fouten
Voor Intel is de positie van "first mover" op het gebied van High-NA EUV zeer betekenisvol. Volgens Phillips geeft het aan dat Intel weer terug is als leider op het gebied van chiptechnologie. Dat is weleens anders geweest: rond 2015 besloot het bedrijf onder toenmalig CEO Brian Krzanich EUV-technologie links te laten liggen. Het leidde tot jaren achterstand ten opzichte van concurrenten Samsung en met name TSMC, die wél geloofden in EUV.
High-NA EUV, een doorontwikkeling van deze technologie, stemt Intel dus wel tevreden. Los van alle positieve signalen deze keer zal de EUV-flater een belangrijke les zijn geweest voor de Amerikaanse chipmaker. Sterker nog, het was er vroeg bij om samen met ASML bepaalde keuzes in het ontwikkelproces te beoordelen. Het heeft daardoor een directe invloed gehad op de huidige manifestatie van High-NA EUV.
Idealiter gaat Intel nieuwe chips bakken op High-NA EUV vanaf 2025, hoewel er zoals gebruikelijk bij roadmaps een grote slag om de arm moet worden gehouden. Het eerste chipprocedé bedoeld voor deze technologie is 14A, een paar stappen verder dan Intels huidige portfolio. In de onfortuinlijke periode waarin Intel zich zonder EUV-technologie moest zien te redden, leek het permanent vast te zitten op een chiptechniek die al jaren achterhaald had moeten zijn. Dat zou deze keer niet het geval moeten zijn.
Gebouwd in Amerika, en niet tijdelijk in Veldhoven
We noemen ASML meermaals een Veldhovens bedrijf, aangezien het hoofdkantoor zich daar bevindt. Echter is een ASML-scanner bovenal een internationaal product. Niet alleen omdat bijvoorbeeld het Duitse Zeiss voor de optica zorgt of Amerikaanse leveranciers erbij betrokken zijn, maar omdat ASML zelf grote faciliteiten elders heeft staan.
Deze keer is de Twinscan EXE:5000 eerst in Veldhoven gebouwd, waarna het uit elkaar werd gehaald en in stukken verplaatst naar Amerika. Nummer twee, inmiddels al aanwezig bij een anoniem gehouden klant, zou wellicht nooit Nederland hebben betreed. Hoe dan ook geldt voor Intel zelf dat volgende apparaten direct in de Amerikaanse staat Oregon gemaakt zullen worden. Dit betekent dat het een stuk sneller de tweede machine in gebruik kan nemen.
En de toekomst?
Het feit dat de EUV-scanner nu gebouwd is, betekent op korte termijn niet al te veel. Het doet weinig met de beurswaarde van zowel ASML als Intel, die allebei recent wat teleurstellingen te verwerken kregen. Echter is het kortzichtig om te stellen dat dit hen zorgen moet baren. ASML heeft een ronduit astronomische groei beleefd sinds het debuut van EUV in 2015, terwijl Intel nu eenmaal forse investeringen moet doen in chipfabrieken om een leidende rol te spelen. Laatstgenoemde hoopt nu ook via Intel Foundry chips voor andere partijen te maken. Een overeenkomst met Microsoft is al rond, terwijl Nvidia eveneens open staat voor een eventuele deal.
Kortom: de aankondiging vandaag is slechts een kleine, doch betekenisvolle stap die op de lange termijn rendabel zal blijken. ASML verwacht na het huidige 'transitiejaar' alweer goede cijfers te halen in 2025, terwijl Intel wijst naar 2030 als geschikt moment om naar uit te kijken. High-NA EUV zal hoe dan ook voor beide partijen een reusachtige rol spelen de komende jaren. De productie van Intel-chips bevinden zich op minimaal 2 of 1,8 nanometer, maar met High-NA is de verkleining naar 0,2 nanometer uiteindelijk te maken. Dat kan wellicht nog een jaar of 10 à 15 duren.