China dominará el EUV mucho antes de lo esperado

El prototipo EUV chino llega antes de lo previsto

A medida que las técnicas informáticas mejoraron, se inventaron chips cada vez más avanzados. La última generación de nodos de 3 y 2 nm es tan pequeña que la longitud de onda de la luz normal es simplemente demasiado grande para modelar características de forma fiable a esta escala.

Esto no es nuevo, ya que la industria lleva mucho tiempo utilizando luz DUV (ultravioleta profunda) para realizar litografías en obleas de silicio. Sin embargo, para alcanzar la escala nanoscópica de los diseños de chips más avanzados, se requería una fuente de luz con longitudes de onda aún más cortas.

Esta fuente de luz y método de litografía se llama EUV (ultravioleta extremo).

Fuente: Zeiss

Hasta ahora, el EUV era monopolio de la empresa holandesa ASML (ASML -2.45%), el único fabricante de máquinas de litografía EUV del mundo.

En 2019, los chips de nodo de 7 nm de TSMC se fabricaron con el primer proceso EUV, entregando productos de cliente de gran volumen al mercado.

El control del acceso a la tecnología EUV ha sido fundamental en las sanciones estadounidenses a la industria china de semiconductores. Ya en 2018, Estados Unidos comenzó a presionar a los Países Bajos para que impidieran a ASML vender máquinas EUV, sus componentes y servicios de mantenimiento.

La idea era que restringir el acceso a EUV desaceleraría la capacidad de China de fabricar chips de última generación y, junto con los límites a la exportación de aceleradores de IA avanzados, ayudaría a Estados Unidos a mantener una ventaja en la carrera de la IA.

Excepto que ahora parece que el impulso de China por la independencia en materia de semiconductores se ha acelerado bajo presión, y Reuters informa que China ha completado un prototipo de máquina EUVSi el desarrollo continúa según lo previsto, podría comenzar a producir chips en 2028, y a partir de ahí la producción se incrementará.

Esto no sólo podría complicar los esfuerzos occidentales para restringir el acceso de China a la manufactura de vanguardia, sino que también puede representar una amenaza a largo plazo para la cadena de suministro de semiconductores centrada en Occidente, que llegaría años antes de lo que esperaban incluso muchos analistas optimistas respecto de China.

En abril, el director ejecutivo de ASML, Christophe Fouquet, dijo que China necesitaría 'muchos, muchos años' para desarrollar esa tecnología.

“Pero la existencia de este prototipo, reportado por Reuters por primera vez, sugiere que China podría estar años más cerca de lograr la independencia en semiconductores de lo que anticipaban los analistas”.

Cómo funciona realmente la litografía EUV

Lo que hace que la EUV sea tan única (y la razón por la que siguió siendo un monopolio de ASML durante muchos años) es que la EUV no es solo una tecnología, sino el ensamblaje de muchas hazañas de ingeniería ultraprecisa en un único sistema integrado.

La primera parte es un CO ultrapotente₂ El láser tiene una potencia de aproximadamente 30 kW, lo que lo convierte en uno de los láseres industriales pulsados ​​más potentes del mundo. En las máquinas de ASML, es producido por la empresa alemana. Trumpf.

Pero no es este láser el que produce la luz ultravioleta extrema (UVE), sino la fuente de energía. Para generar UVE, el sistema sobrecalienta diminutas gotas de estaño fundido hasta convertirlas en plasma, y ​​las máquinas ASML disparan aproximadamente 50,000 gotas de estaño por segundo.

El plasma debe ser llevado a temperaturas extremas, a menudo citadas cerca de 220,000 °C (360,000 °F), lo que crea condiciones mucho más calientes que la superficie del Sol y lleva la ingeniería industrial a sus límites.

Todo el proceso también debe ocurrir en un vacío casi perfecto, porque el aire (y la mayoría de los materiales) absorben la luz EUV.

Fuente: Semi-ingeniería

Y esto no es todo. Esa luz UVE ahora necesita ser dirigida, moldeada y enfocada con asombrosa precisión para modelar obleas de silicio de vanguardia, lo que a menudo se describe en términos de densidades de transistores cercanas a los 100 millones de transistores por milímetro cuadrado para los nodos principales.

Estos espejos curvos, desarrollados por el líder alemán en óptica Zeiss, deben fabricarse y alinearse con una precisión cercana al nivel atómico.

“Si se ampliara un espejo EUV al tamaño de Alemania, el mayor desnivel, el Zugspitze, por así decirlo, tendría una altura de 0.1 milímetros”.

Esta precisión es tan extrema que la precisión direccional de los espejos suele describirse con vívidas analogías. Por ejemplo, si se utilizara un espejo EUV para redirigir un haz hacia la Luna, teóricamente sería lo suficientemente preciso como para impactar un objeto tan pequeño como una pelota de ping pong en la superficie lunar.

Estas ópticas también están recubiertas con una pila multicapa (que a menudo alterna materiales como silicio y molibdeno) de sólo unos pocos átomos de espesor por capa.

Para ello, se superponen hasta 100 capas. Una sola capa solo reflejaría un 1 % de la luz; la pérdida sería excesiva.

El resultado es una reflectividad que permite utilizar hasta el 70 por ciento de la luz”.

Finalmente, la propia oblea de silicio debe moverse y alinearse con una precisión extraordinaria. Los sensores miden la posición continuamente, y la etapa de la oblea debe mantener la precisión a la vez que resiste la deformación causada por los cambios térmicos y el movimiento a alta velocidad.

Entonces, al tomar en consideración todos estos pasos (y la explicación anterior sigue siendo una simplificación excesiva), queda claro por qué replicar EUV es tan difícil: requiere reproducir no solo un diseño, sino un vasto ecosistema de materiales, metrología, controles, óptica, sistemas de vacío y fabricación ultralimpia, integrados en una sola máquina.

Por qué es tan difícil replicar el EUV

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El "Proyecto Manhattan" de EUV de China: Movilización total de semiconductores

Movilización total

Teniendo en cuenta lo cruciales que son los chips de última generación para la competencia en IA, robótica avanzada y tecnología militar, comparar el impulso interno de EUV de China con un Proyecto Manhattan no es mera retórica: refleja la escala y la urgencia del esfuerzo.

En primer lugar, parece que se han invertido cantidades masivas de capital público y privado en el esfuerzo más amplio en el campo de los semiconductores, Con al menos 37 millones de euros movilizados, según se informa, a principios de 2025, y probablemente más a través de investigación universitaria, instalaciones industriales, subsidios a proveedores críticos, compras garantizadas y demanda respaldada por el Estado para futuros chips.

Y tal vez no debería haber sido una completa sorpresa, con Según se informa, una patente relacionada con EUV de Huawei se presentó en diciembre de 2022.

Paralelamente, otra empresa china, SMIC, Según se informa, lograron usar máquinas DUV más antiguas para producir chips de clase 5 nm sin EUV.—lo que ilustra cuán fuerte ha sido el incentivo para “arreglárselas” con herramientas limitadas.

También se exploró otro concepto: Generación de luz EUV a través de un acelerador de partículas (sincrotrón), una dirección discutida ya en 2023 y conectada a una publicación científica de 2022.

Todos estos esfuerzos ilustran la enorme importancia que las instituciones y empresas chinas han asignado al dominio del EUV o a la creación de alternativas competitivas sin él.

En el centro de estos esfuerzos ha estado Huawei, el gigante tecnológico chino fuertemente sancionado.

“Huawei ha desplegado empleados en oficinas, plantas de fabricación y centros de investigación en todo el país para llevar a cabo esta iniciativa”.

“Los empleados asignados a equipos de semiconductores a menudo duermen en el lugar de trabajo y tienen prohibido regresar a casa durante la semana laboral, y el acceso al teléfono está restringido para los equipos que manejan tareas más sensibles”.

Cómo la adquisición de talento aceleró el programa EUV de China

Otro esfuerzo para desbloquear el EUV —más secreto— se ha centrado, según se informa, en adquirir la experiencia y el talento humano que hicieron posible el EUV en primer lugar.

Los ingenieros de alto nivel, incluyendo algunos que trabajaron en ASML y posteriormente se jubilaron, fueron los principales candidatos para el reclutamiento. Los informes también sugieren que otros empleados actuales de ASML fueron contactados para reclutamiento desde 2020.

“Un ingeniero chino veterano de ASML reclutado para el proyecto se sorprendió al descubrir que su generosa bonificación por firmar venía con una tarjeta de identificación emitida con un nombre falso, según una de las personas, que estaba familiarizada con su reclutamiento.

Una vez dentro, reconoció a otros antiguos compañeros de ASML que también trabajaban bajo alias y recibió instrucciones de utilizar sus nombres falsos en el trabajo para mantener el secreto”.

Se dice que estos reclutamientos fueron parte de un esfuerzo más amplio para atraer a los mejores talentos a China, y hace años se les ofrecieron bonos por firmar y subsidios a los expertos en semiconductores que trabajaban en el extranjero.

También parece haberse flexibilizado algunas normas nacionales para facilitar la labor de estos expertos contratados en casos aislados. Por ejemplo, se informó que a algunos ciudadanos naturalizados de otros países se les otorgaron pasaportes chinos y se les permitió mantener la doble nacionalidad, a pesar de que China la prohíbe oficialmente.

El hecho de que muchos de estos ingenieros sean de nacionalidad u origen chino también puede haber facilitado el reclutamiento.

En general, las afirmaciones de que China "solo roba tecnologías" suelen ser una simplificación excesiva de un ecosistema de investigación e ingeniería en rápido crecimiento. Aun así, en este caso específico, la superposición con los secretos comerciales de ASML podría ser significativa.

“Si bien ASML no puede controlar ni restringir dónde trabajan los ex empleados, todos ellos están sujetos a las cláusulas de confidencialidad de sus contratos”, afirmó la empresa, y ha “emprendedo con éxito acciones legales en respuesta al robo de secretos comerciales”.

Dentro del primer prototipo de litografía EUV de China

El resultado de la contratación de ex empleados de ASML, la ingeniería inversa de piezas EUV y el desarrollo independiente de alternativas nacionales parece haber producido un prototipo que es significativamente más grande que los sistemas EUV típicos de ASML, de 180 toneladas y del tamaño de un autobús escolar, que según se informa ocupan toda una planta de fábrica.

Esto podría indicar que el prototipo consume más energía, es menos compacto, menos eficiente o simplemente se encuentra en una etapa anterior de optimización que los diseños de producción de ASML.

Los componentes recuperados de máquinas ASML más antiguas, junto con los mercados de segunda mano para piezas de proveedores de ASML, también podrían haber ayudado a ensamblar un prototipo funcional mientras aumenta la fabricación nacional o mejora la calidad.

Un componente clave que aún podría faltar, y que es extremadamente difícil de replicar con un rendimiento comparable, es la óptica Zeiss. Según se informa, esta es una de las razones por las que la máquina aún no puede producir chips al nivel deseado.

EUV de alta NA: el próximo frente en la carrera armamentística de los chips

Si ASML tardó décadas en desarrollar EUV, la aparición de un prototipo chino sugiere que alcanzarlo (al menos en la demostración del sistema básico) podría ocurrir mucho más rápido de lo que muchos suponían.

Esto pone presión sobre los líderes occidentales en semiconductores para que impulsen con más fuerza la próxima generación: EUV de alta NA (apertura numérica).

Empresas como Intel ya están probando EUV de alta NA (INTC + 2.2%), y ha sido evaluado por Samsung y TSMC. Intel ha anunciado públicamente plazos de producción en torno a 2028, mientras que tanto TSMC como Samsung se muestran más cautelosos, reservando el EUV de alta NA para futuros nodos de <2 nm en lugar de apresurar su implementación masiva.

Cuanto mayores sean los ángulos desde los que el sistema óptico capta la luz, más precisos serán los detalles que se muestran. Esto significa que los sistemas ópticos EUV son cada vez más grandes.

Zeiss sobre EUV de alta apertura numérica

Los sistemas de alta apertura numérica utilizan elementos ópticos aún más grandes, que pueden proporcionar una ventaja duradera a ASML a través de su socio óptico Zeiss.

Fuente: Zeiss

Un espejo para litografía EUV de alta apertura numérica es aproximadamente el doble de grande y diez veces más pesado que los espejos EUV actuales, lo que hace que el sistema total sea aún más grande, más pesado y más complejo.

“Más de 40,000 piezas de la óptica de proyección para la litografía High-NA-EUV pesan alrededor de doce toneladas para garantizar un enfoque de alta precisión: siete veces el volumen y el peso de la litografía EUV establecida”.

¿Qué significa esto para los inversores?

A corto plazo, es probable que esto cambie poco. Según se informa, la máquina EUV china es solo un prototipo, y aún no está claro en qué medida se basa en piezas reutilizadas o recuperadas de ASML frente a componentes fabricados exclusivamente en China.

Sin embargo, es difícil asumir que China fracasará indefinidamente. Con suficientes especialistas, financiación y tiempo, no hay motivos claros para creer que las instituciones chinas no puedan replicar gran parte de la capacidad de EUV, especialmente a medida que madura el ecosistema más amplio de componentes, materiales y metrología.

El escepticismo respecto a que China no pueda reemplazar un componente específico, como los espejos Zeiss, también debe tomarse con cautela. Análisis similares previos sugerían que China llevaba más de 15 años de retraso, pero ahora se ha informado de un prototipo.

A largo plazo (5 a 10 años), China podría construir una cadena de suministro de semiconductores paralela que sea independiente no sólo a nivel de fundición, sino también a nivel de fabricación de equipos.

Al principio, la producción nacional avanzada probablemente priorizaría la demanda interna, reduciendo las ventas a China de chips avanzados, herramientas de fabricación y componentes de apoyo.

Con el tiempo, esto podría presionar la facturación y los márgenes de los fabricantes y proveedores de equipos semiconductores occidentales, reduciendo su capacidad de reinvertir en los niveles anteriores de I+D.

Más preocupante para empresas como ASML y otros fabricantes de equipos, e incluso para las fundiciones, es que los chips avanzados fabricados en China podrían llegar a competir directamente en los mercados externos, especialmente en las redes comerciales en expansión de los BRICS y la OCS (Organización de Cooperación de Shanghai).

Conclusión

La aparición de un prototipo de EUV chino años antes de lo esperado constituye un verdadero hito. Sugiere que es improbable que los controles y sanciones a las exportaciones limiten permanentemente la capacidad tecnológica en un sector en el que Occidente ha mantenido durante mucho tiempo una ventaja estructural.

En el mejor de los casos, las restricciones pueden retrasar el progreso; en el peor, pueden acelerarlo al crear un mercado interno protegido de aproximadamente 1.5 millones de personas con un fuerte apoyo estatal y capacidad industrial.

Esto no significa que China vaya a empezar a producir inmediatamente chips de vanguardia en herramientas EUV nacionales. Pero sí significa que la trayectoria hacia ese objetivo es ahora más clara, y probablemente más rápida, de lo que muchos suponían.

En general, esto refuerza el hecho de que China se está convirtiendo en una importante potencia tecnológica, no simplemente en la base manufacturera más grande del mundo.

Algunos análisis sostienen que China ahora lidera en una gran proporción de dominios científicos avanzados., lo que desafía la narrativa simplista de que el progreso ocurre sólo a través de la imitación, aun cuando las disputas sobre secretos comerciales y los conflictos de propiedad intelectual siguen siendo una característica real de esta competencia.

Si bien el avance de China cambia el horizonte a largo plazo, los inversores que buscan un dominio inmediato en el espacio de los semiconductores aún deben mirar al líder actual del mercado.

Compañía de semiconductores – TSMC

El ascenso de China como potencia tecnológica es estratégicamente significativo, pero por ahora, sus equipos de fabricación de semiconductores todavía parecen estar detrás de los sistemas occidentales más avanzados, o apenas acercándose a ellos.

Por lo tanto, cuando se trata del negocio de fundición, la disciplina de procesos, el aprendizaje sobre rendimiento y la experiencia operativa probablemente seguirán siendo decisivos en la próxima década.

En última instancia, la producción de semiconductores está dominada por la experiencia especializada y la capacidad de producir en masa a gran escala para reducir costos. Ninguna empresa ha dominado este modelo mejor que TSMC, el líder taiwanés en la fabricación de chips ultra avanzados.

TSMC produce principalmente chips de silicio, incluyendo los nodos más potentes de 3 nm y los próximos de 2 nm. Y, dado que fabrica los chips más avanzados (y más caros), capta una parte dominante de los ingresos globales de fundición.

Fuente: Eric Flaningam

TSMC también está ampliando su capacidad de fabricación en EE.UU. En particular, a través de importantes inversiones en sus fábricas de Arizona..

Ahora que el desarrollo del EUV de alta NA ya está en marcha, TSMC puede permanecer un paso por delante de sus rivales chinos, como SMIC, durante años, especialmente en rendimiento, confiabilidad y madurez de fabricación en gran volumen.

Y a pesar de haber competido ferozmente contra Samsung, Intel y otras fundiciones, TSMC todavía está posicionada para defender su liderazgo contra la creciente competencia con sede en China, al menos en el futuro previsible.

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