Đặc Vụ FBI
Senior Member
Tuy chưa phải là hệ thống sản xuất wafer thương mại hoàn chỉnh nhưng Twinscan EXE:5000 đầu tiên trên thế giới đã thuộc sở hữu Intel, điều đó sẽ giúp “đội xanh” có ưu thế tiên phong trước các đối thủ khác trong việc "làm quen" với High-NA EUV.
Một phần hệ thống Twinscan EXE (High-NA EUV) được ASML chuyển tới Intel
Nhưng trước khi bàn sâu xa hơn, hãy nói trước về chủ điểm chính - sự kiện tiêu tốn cỡ hơn 400 triệu USD. ASML, cái tên hàng đầu trong việc cung cấp các hệ thống in litho quang học vốn có vai trò chính yếu trong việc sản xuất chip bán dẫn, vừa chuyển tới Intel hệ thống High-NA EUV đầu tiên của công ty này. Trên thực tế, Twinscan EXE:5000 chỉ mới là hệ thống sản xuất thử nghiệm (pilot) chứ chưa phải bản thương mại (EXE:5200), song nó sẽ giúp ích đáng kể trong việc giúp các kỹ sư Intel "làm quen" trước với dây chuyền mới, tạo đà "rút ngắn tiến độ" khi EXE:5200 chính thức có mặt trong các fab của Intel.
Điều quan trọng ở đây nằm ở việc Intel là khách hàng đầu tiên đặt hàng các hệ thống High-NA (High Numerical Aperture - khẩu độ số học lớn) này, tính từ tận 2018! Những cái tên gạo cội trong làng bán dẫn khác như TSMC, Samsung vẫn chưa có động thái gì với các hệ thống High-NA của ASML. Hiện tại các công ty trên vẫn khai thác các hệ thống EUV phổ thông như Twinscan NXE:3400C hay 3400D để phục vụ sản xuất chip. Khác biệt chính giữa High-NA EUV và EUV phổ thông nằm ở chỗ EUV phổ thông dùng hệ quang học 0.33 NA, cho phép đạt độ phân giải in litho 13 nm; còn High-NA dùng hệ quang học 0.55 NA, đạt độ phân giải 8 nm. Tất nhiên con số phân giải này không phải tên của tiến trình bán dẫn, do đó anh em đừng ngạc nhiên nếu Intel hay TSMC dùng những cái tên fancy hay nghe hấp dẫn hơn như 3 nm, 2 nm để marketing công nghệ.
So sánh khác biệt giữa DUV, EUV và High-NA EUV
Thoạt nghe thì đơn giản nhưng để đạt được con số 0.55 NA đòi hỏi rất nhiều thay đổi. Từ chất chặn quang, dụng cụ đo đạc, vật liệu phủ màng, mặt nạ in mẫu, công cụ kiểm định... vân vân và mây mây. Nhìn chung anh em không thể dùng các hệ thống Twinscan NXE hiện có mà buộc phải đổi sang EXE thì mới có thể in ra các chi tiết vi mạch trên một cách rõ ràng chỉ với một lần lấy mẫu (patterning). Twinscan NXE tuy vẫn có thể in ra các chi tiết trên, nhưng bắt buộc phải lấy mẫu nhiều lần (multi patterning) vốn sẽ làm tăng rủi ro sai lệch các chi tiết mạch in và dẫn tới giảm chất lượng hoặc sản lượng chip đầu ra.
Quay lại câu chuyện công cụ/tư liệu sản xuất ở phần mở đầu, đây là vấn đề mà Intel đã gặp trong nhiều năm qua khi để cho TSMC lẫn Samsung vượt mặt. Nếu theo dõi công nghệ trong khoảng thời gian nhiều hơn 1 thập kỷ, anh em cũng rõ Intel đã từng dẫn đầu trong mảng bán dẫn như thế nào. Tuy nhiên cho tới node 14 nm, mọi thứ bắt đầu "chậm lại", tiếp theo node 10 nm như dự tính ban đầu của Intel đã không xuất hiện đúng tiến độ. Có những lý do được đưa ra thế này thế kia nhưng hầu hết không nằm ngoài việc Intel đã chậm chân trong quyết định mua các hệ thống EUV từ ASML.
Hệ thống Twinscan NXE:3400C có năng suất 170 WPH cho các tiến trình 7 & 5 nm
Trong khi đó, TSMC tuy trước 14 nm vẫn hay sau Intel "một nhịp", nhưng với sự đầu tư quyết đoán vào EUV đã nhanh chóng "vượt mặt", rồi tới lượt Samsung dù chậm hơn một tí song cũng bỏ Intel lại "phía sau". Việc quá tự tin vào năng lực sản xuất chip dựa trên các hệ thống DUV (độ phân giải thấp hơn EUV) của ban lãnh đạo Intel đã khiến công ty này "hụt hơi" trước các đối thủ. Về căn bản, việc lấy mẫu nhiều lần (multi patterning) sẽ tạo ra nhiều khuyết điểm trên tấm wafer bán dẫn hơn so với một lần lấy mẫu duy nhất. Có 2 yếu tố là hệ quả của quá trình lấy mẫu nhiều lần, đầu tiên là chất lượng transistor sẽ không tốt như mong muốn, kế đó là thời gian để sản xuất một wafer sẽ lâu hơn.
QUẢNG CÁO
Cũng cần nhắc lại một chút thị trường bán dẫn. Nếu theo dõi các số liệu báo cáo từ TSMC lẫn ASML trong vài năm trước, có thể nói hầu hết các hệ thống EUV do ASML làm ra đều "chạy tới" châu Á, trong đó tới 1/2 là tới các fab của TSMC. Do đó không có gì khó hiểu tại sao TSMC đang là "ông hoàng bán dẫn" hiện nay. Vì đã có công cụ/tư liệu sản xuất vượt trội thì việc chiếm lĩnh thị trường là điều tất yếu. Lẽ tất nhiên, phí tổn để có được thành tựu này cũng không hề nhỏ. Một hệ thống Twinscan NXE (EUV) có giá không dưới 200 triệu USD. Theo ASML thì tới 2020 đã có hơn 40 hệ thống được lắp đặt trên toàn thế giới, với 1/2 nằm tại TSMC thì anh em cũng có thể hình dung con số mà hãng gia công Đài Loan đã đầu tư nhiều đến thế nào!
TSMC chiếm phần lớn sản lượng wafer EUV trên toàn cầu
Phần lớn khách hàng của ASML đến từ châu Á
Cũng cần nói thêm rằng không phải mọi hệ thống của ASML đều có chất lượng, năng suất tốt nhất ngay từ đầu (cũng như việc CPU Intel thế hệ sau tốt hơn thế hệ trước - trừ series 14 nm). Các cỗ máy Twinscan NXE "đời đầu" có tốc độ sản xuất khá thấp, khoảng 10 wafer mỗi giờ (WPH). Dần dần về sau chúng mới được cải thiện hơn và hệ thống NXE:3400C hiện cho công suất tới 170 WPH (gấp 17 lần bản đầu tiên). Nên điều tương tự cũng có thể áp dụng với hệ thống Twinscan EXE:5000 vừa được giao tới Intel gần đây. Nhưng nhìn chung, đầu tư cho bán dẫn đang ngày càng đắt đỏ hơn bao giờ hết. Theo các thông tin mà ASML đưa ra thì một hệ thống Twinscan EXE có giá từ 300 - 400 triệu USD! Nên đầu tư vào đây hay không cũng sẽ là bài toán cầm cân nảy mực đau đầu cho bất kỳ CEO nào.
Quay lại câu chuyện, hệ thống Twinscan EXE trên được ASML giao từ Veldhoven (Hà Lan) tới Oregon (Mỹ) - nơi mình vừa có mặt hồi cuối tháng 11 để tham dự cuộc họp về Intel Emerald Rapids. Nó có kích thước lớn tới mức cần tới 13 container và 250 thùng hàng để chuyên chở. Khi được lắp ráp hoàn chỉnh, Twinscan EXE cao bằng toà nhà 3 tầng và Intel buộc phải mở một phân xưởng riêng chỉ để chứa nó. Tấm ảnh mà ASML chia sẻ trên Twitter/X chỉ là một phần nhỏ của toàn bộ cỗ máy này.
Năng suất các hệ thống Twinscan NXE tăng dần theo từng năm
Theo kế hoạch ban đầu của Intel, hệ thống Twinscan EXE hoàn chỉnh (5200) sẽ được ASML bàn giao vào 2025. Đây sẽ là nền tảng cho việc phát triển các node bán dẫn hậu Intel 18 (18 angstrom hay 1.8 nm) vốn được lên kế hoạch ra mắt trong 2024. Nhưng với việc đã có trong tay Twinscan EXE:5000, sẽ là câu hỏi thú vị liệu node Intel 18 này các áp dụng "chút" High-NA EUV nào hay không. Dù vậy để có thể bước vào sản xuất hàng loạt số lượng lớn (HVM), có lẽ một hệ thống như trên vẫn là chưa đủ.
Dù sao, để có được sự nhảy vọt về công nghệ thì công cụ/tư liệu sản xuất lẫn lực lượng lao động không thể nào cứ lạc hậu và cũ kỹ mãi được. Intel đang trở lại đường đua tiến trình bán dẫn song song với tiến bộ công nghệ, dưới sự dẫn dắt của CEO đương nhiệm, đây là những bước đi không hẳn đầu tiên nhưng mang ý nghĩa cực kỳ quan trọng. Thời Brian Krzanick, chúng ta chỉ có thể thấy được tiến trình 14 nm, 14+ nm, 14++++ nm là do bị giới hạn ở hệ thống DUV, trong khi thị trường bán dẫn chuyển qua EUV rồi. Pat Gelsinger - 1 veteran của ngành bán dẫn cũng như tại chính Intel - đang phải xử lý những tồn đọng từ trước, cùng với liên tục cải tiến khiến cho mọi việc chưa thay đổi đủ nhanh (như fan mong muốn), nhưng sở hữu luôn Twinscan EXE:5000 (pilot) tức là khả năng lớn đằng sau đã có những thỏa thuận ngầm giữa những người khổng lồ. Và (xin lặp lại) khi người khổng lồ tỉnh giấc thì sẽ có rất nhiều điều xảy ra
Ngắn gọn tóm tắt:
-Intel Core I gen 2->gen14 (desktop) được đúc trên các máy DUV
-Intel gen 14 (mobile Meoter Lake), bóng bán dẫn kiến trúc Finfet cũ(giống core i gen2->14) phần compute được đúc trên EUV 0.33NA
-AMD Ryzen 7000 hoặc có thể là các thế hện Ryzen trước đó 1-2 đời, các chip iphone của Apple hiện tại đều được đúc trên EUV 0.33NA
-Intel Arrow Lake gen 15 với kiến trúc hoàn toàn mới không rõ sẽ được sản xuất trên EUV 0.33NA hay là loại hiện đại nhất EUV 0.55NA
-Năm 2024, ASML sẽ giao cho Intel 6/10 máy EUV 0.55NA mà họ bán ra toàn cầu.
