Head Uut Aastat head inimesed !
Seni on Vaatleja blogi peamiselt käsitletud teemasid, mille edasine kulg on olnud samade trendide jätkumisel suhteliselt hästi ennustatav. Ja mis seal salata, enamiku puhul neist lugudest on olnud tahtmine lisada – annaks jumal, et ma eksin.
Täna räägime vahelduseks tehnoloogilisest vastasseisust, mille tulemit Vaatleja ennustada ei oska, kuid mis sellegipoolest peab loogiliselt võttes jõudma mingisuguse,ka meie jaoks olulise, lahenduseni järgneva 5, maksimaalselt 10 aasta jooksul. Juttu tuleb Hiina ja Lääne vahelisest tehnoloogilisest vastasseisust, mida võiks tahtmise korral ka “nanomeetrite sõjaks” nimetada.
Aga kõigepealt pisut taustast. Mikrokiibid (microchip or simply chip) on meie tavaellu juurdunud niivõrd, et me oleme tegelikult juba ammu lakanud selle igapäevase ime üle mõtlemast ja imestamast. Või kui, siis paneme tähele selle ime kõige käegakatsutavat osa – tarbeelektroonikat, või veelgi kitsamalt, oma mobiiltelefone. Tuleb tunnistada, et puht ärimahu järgi ongi see osa väga oluline osa, kuid strateegilise mõju allikana kõigest pinnavirvendus. Ja pidevaid “imesid” on teadagi võimaldanud tehnoloogia areng. 1990 aasta paiku suudet üjele kiibile mahutada umbes 1 million transistorit , aastal 2000 20 millionit, täna oleme telefoni protsessorite osas jõudnud umbes 20 miljardini (elik siis miljon korda see mis oli aastal 2000) ja suurema võimsusega chipide osas pea 100 miljardini. Võimalik on , et CPU dest (central processing unit) isegi suurem strateegiline mõju on GPU del (graphics processing unit) kuna just nendel baseeruvad muuhulgas ka paljud militaarse iseloomuga tehisintellekti lahendused.
See, millised imesid kiipidega teha saab sõltubki otseselt seal peal olevate loogiliste elementide arvust, mis omakorda sõltub transistorite arvust. Aga küsimus pole ainult selles. Kui tänapäeva mobiiltelefoni protsessor kulutaks per transistor sama palju energiat, kui 25 aastat tagasi, siis hõõguks telefon tulipunasena. Mis teadagi ei lähe kohe mitte. Seega peab tehnoloogia võimaldama loogiliste elementide arvu kasvu, samal ajal energia tarbimist suurendamata. Ja mõlema eesmärgi jaoks on vajalik kiibi loogikaelementide järjest mikroskoopilisemaks muutmine.
Siit jõuamegi kiibi valmistus tehnoloogia põlvkondadeni, mida tinglikult tähistatakse nanomeetritega.
Tänaste tipptelefonide protsessorid on enamast tehtud n.n. 5 nm tehnoloogias. Maailma juhtivad kiibifirmad nagu TSMC -Taiwan Semiconductor Manufacturing Company ja Intel aga valmistuvad välja tooma 2 nm tehnoloogiat.
Tuleb kohe öelda, et nood nanomeetrid on siin mingis mõttes tinglikud. Tegelikult on kõik elemendid näiteks 5 nm klassi kiibi peal oluliselt suuremad, kui 5 nm. Aga tehnoloogiliste põlvkondade tähistamiseks on selline lähenemisviis vägagi sobiv. Ja mis veelgi olulisem, see haakub hästi kiipide valmistamiseks vajalike tehnoloogiliste seadmetega. Ja nüüd tasapisi lähemale teemale endale.
Üks oluline võtmevõimekus kiibi valmistamisel on fotolitograafia, kus valguse abil kantakse ränivahvlile tulevase chip -i elementide muster. Juba koolifüüsikast on teada, et mida lühem on valguse lainepikkus, seda kitsamaks punktiks saab teda teoreetiliselt koondada. Seetõttu määrab litograafia masina lainepikkus suurelt ära selle teoreetilise piiri, kusmaani saab elementide arvuga kiibil minna.
Tänase tööloomad on DUV (Deep Ultra Violet) fotolitograafia masinad, mis kasutavad umbes 200 nm lainepikkusega valgusallikaid ja võimaldavad minna umbes 6, maksimaalselt 5 nm lahutusvõime piirile . Sealt allapoole vajame EUV ( Extreme ultraviolet) masinaid, mis täna kasutavad 13,5 nm lainepikkusega valgusallikat. Ja nendega on sihuke naljakas lugu, et neid masinaid toodab maailmas ainult üks Hollandi firma, nimelt ASML. Tõsi , ASML on küll Hollandi firma, aga terve hulk kriitilisi komponente tuleb teistelt maailma tipptegijatelt . Optika (peeglid, läätsi sellel lainepikkusel kasutada ei saa) näiteks teeb Saksa firma Zeiss . Kõrvalpõikena, nende peeglite nõutav suhteline täpsus on selline, et kui peegel oleks kogu Saksamaa suurune, saaks selle pinnal lubada mitte rohkem kui 0,1 mm suurust ebatäpsust.
Kokku on masina erinevatekomponentide tarnijaid üle 500. Ja nad kõik on oma ala absoluutsed tipud. Aga veelgi lähemale teemale. Ameeriklased taipasid üsna kiirelt, et siinkohal on nad leidnud vist peaaegu ainsa võimaliku viisi Hiina tehnoloogilist arengut kahjustada või vähemalt pidurdada . Ameeriklased saavutasid selle, EUV masinate tarnimine Hiinasse on alates 2018 keelatud, mis tähendab, et hiinlastel vastavat tehnoloogiat ei ole. Mis omakorda tähendab seda, et Hiina kodumaine kiibitoodang ei saa minna oluliselt 6 nm piiri taha. Ja sedagi saavad nad endale lubada ainult tänu varem tarnitud DUV masinatele. Kui siia lisada, et varem Hiina firmadele ühe peamise tarnijana figureerinud TSMC le on nüüd samuti pandud olulised piirangud, ongi rindejoon olulises osas paigas.
Millised oleks siis selles olukorras osapoolte võimalikud käigud. Mis puutub Hiinasse, siis vähemalt ametlikult on kõige kõrgemal tasemel (president Xi isiklikult) võetud eesmärgiks täielik tehnoloogiline sõltumatus. Kui kaugel sellega ollakse, sõltub natuke sellest, kes räägib ja mida rõhutab. Hiina enda allikad eelistavad muidugi rõhutada edu. Näiteks seda, et kodumaine Semiconductor Manufacturing International Corporation (SMIC) toodab nüüd (2024 detsembri seis) sanktsioonidest hoolimata Huawei tipptelefonidele Kirin 9020 protsessoreid, mis ei jää parameetritelt maha varem Taiwani firma TSMC pool toodetud Kirin 9000 st. Skeptikud jälle ütlevad, et Kirin 9020 7 nm tehnoloogia baseerub Hiinale varasemalt ASML poolt tarnitud DUV klassi litograafia masinatel, mille teoreetiline piir on 5- 6 nm lähedal. Samal ajal, kui TSMC liigub EUV tehnoloogia abil 2 nm klassi poole. Seega on Kirin 9020 pigem väga piiratud taktikaline ja ajutine võit.
Selleks et Hiina chipi tootmise iseseisvust saaks tõsiselt võtta , peaks Hiina suutma ise toota (või oma liitlastelt tarnida) selleks vajalikud tehnoloogilised seadmed. Ja siin on pilt hiinlaste jaoks kaugeltki mitte nii ilus. Kuigi tunnistagem, ainult avalikult saadaval oleva info alusel on raske väga usaldusväärset pilti luua. Kui vaadata fakte, siis pessimistlikuma poole pealt nentigem, et hiinlaste endi poolt valmistatavad ning avalikult reklaamitavad fotolitograafiamasinad on kusagil 28 nm klassist. Seega väga kaugel täna ASML toodangust.
Teisalt on hiinlastel n.n. järeljooksja eelis. Nad teavad, et mingid asjad on võimalikud ja põhimõtteliselt ka kuidas. Ja nad on suure raha eest palkamas nii ASML kui ka Zeissi kogemusega töötajaid. Hiina firmad on võtnud mitmeid patente EUV tehnoloogias vajalike valgusallikate osas. Ja last but not least, hiinlased saaksid endale lubada n.n. steady-state microbunching (SSMB) EUV valgusallikat. Muuseas, ka ASML kaalus seda mingis faasis koostöös firmaga Oxford Instruments (synchrotron light source) , enne otsustamist LPP (laser-produced plasma) tehnoloogia kasuks. Nali seisneb selles, et ASML, kes tarnib masinaid (mis niigi on nii suured nagu elektrivedur) erinevais paigus asuvatele firmadele ei oleks see lähenemisviis realistlik. Sünkrotron valgusallikas oleks umbes staadioni suurune, seega mitte transporditav. Aga hiinlased saaksid põhimõtteliselt endale väga lihtsalt lubada ühe sellise valgusallika ehitamist, ning erinevate firmade tootmise selle ümber koondamist. Seni on SSMB siiski “ proof of principle” tasemel kus muuhulgas toimub vilgas koostöö Pekingis asuva Tsinghua University ning mitme USA ja Saksamaa teadusasutuse vahel https://www.tsinghua.edu.cn/en/info/1418/10283.htm .
Mis pigem nagu viitaks sellele, et asi on veel praktikast kaugel.
Lisaks on ka Venemaal välja hõigatud plaanid kodumaise EUV tehnika arendamiseks https://techovedas.com/russia-developing-11-2-nm-euv-lithography-system-to-compete-with-asmls-technology/#google_vignette 11,2 nm lainepikkusega valgusallika baasil.
Kui see realiseeruks, oleks tegu millegiga, mis võiks anda täpsuses teatud eelise ASML 13,3 nm valgusallika ees, kuid eviks ilmselt väiksemat tootlikkust.
Nentigemsiiski, et ei SSMB baseruv ega venelaste 11,2 nm valgusallikaga süsteem ei ole veel isegi protüüp seadmeni jõudnud. Sellist asja oleks väga raske pikalt varjata. Reaalse tulemuse saamiseks võib siin minna aastaid, pigem kümneid.
Seega, tulles tagasi, millest siis väide, et midagi peab juhtuma järgmise 5 aasta jooksul. Esiteks, kuigi EUV litograafia masinate embargo on kehtinud juba alates 2018 aastast, hakkab see alles nüüd olulist reaalset mõju avaldama. Vajadus ja võimekus alla 5 nm kiipe toota on pigem 2025 kui 2018 aasta teema. Seega, kuna hiinlased seni lahendust leidnud pole, läheb asi nüüd nende jaoks varsti teravaks. Järgneva 5 aasta jooksul tekiks väga tõsine mahajäämus mis võib hakata mõjutama ka teatud militaarseid võimekusi. Mida Hiina ei saaks endale lubada.
Seega, kui neil on mingi realistlik, seni avalikus meedias mitte liialt kajastatud plaan, kuidas sub 5nm kiipide tootmine kodumaise tehnoloogiaga selle aja jooksul lahendada, oleks loogiline Lääs lihtsalt perse saata. Pärast seda oleks Hiina tehnoloogiline liider peaaegu kõigis Hitech sektorites.
Kui taas Lääne tasemel tehnoloogia juurutamine võtaks pigem kümmekond aastat, võttes arvesse, et ka Lääs võib vahepeal edasi areneda, oleks mõistlik aktiivsemalt mingit kompromissi otsida (EU tasemal näiteks). Ja teha seda enne 5 aasta möödumist. Et kahjud liiga suureks ei läheks. Nii, et ootame ja vaatame.