211service.com
Inde i maskinen, der reddede Moores lov
Det hollandske firma ASML brugte 9 milliarder dollars og 17 år på at udvikle en måde at blive ved med at lave tættere computerchips.
Det øverste modul på ASML's næste generation EUV-maskine blev bygget af et 17-tons stykke formalet aluminium. Christopher Payne
27. oktober 2021Patrick Whelan kigger gennem frontpladen på sin kanindragt i rent værelse for at se, hvordan det går.
Foran ham er et skinnende stykke glas, nogenlunde på størrelse med en brødristerovn, der er udskåret med så mange udskårne sektioner for at reducere dens vægt, at det ligner et fremmed totem. Whelans team limer det til et stort stykke aluminium i sofabordstørrelse. Både metal og glas er uhyggeligt glatte, efter at have været poleret i ugevis for at fjerne små ufuldkommenheder. I løbet af de næste 24 timer, når limen størkner, vil arbejderne neurotisk overvåge positionen af glasset og metallet for at sikre, at de smelter sammen.
Disse vil blive placeret sammen til mikrons præcision, fortæller Whelan mig og gestikulerer mod apparatet.
En nærliggende tekniker bekymrer sig om, at han er for tæt på, og råber: Back up!
jeg rører ikke! jeg rører ikke! siger Whelan og griner.
Præcision er en seriøs forretning her. Jeg er i Wilton, Connecticut, i et rent rum hos det hollandske firma ASML, som laver verdens mest sofistikerede maskine til litografi – en afgørende proces, der bruges til at skabe transistorer, ledninger og andre væsentlige komponenter i mikrochips. Det er en eftertragtet enhed, med modeller, der koster så meget som 180 millioner dollars, som bruges til at lave mikrochipfunktioner så små som 13 nanometer ved et hurtigt klip. Det præcisionsniveau er afgørende, hvis du er Intel eller TSMC og ønsker at fremstille verdens hurtigste banebrydende computerprocessorer. Den endelige maskine, samlet ved ASML's hovedkvarter i Holland, er på størrelse med en lille bus og fyldt med 100.000 bittesmå, koordinerede mekanismer, inklusive et system, der genererer en specifik bølgelængde af højenergi-ultraviolet lys ved at sprænge smeltede tindråber med en laser 50.000 gange i sekundet. Det tager fire 747'ere at sende en til en kunde.
Det er en meget vanskelig teknologi - med hensyn til kompleksitet er den sandsynligvis i kategorien Manhattan Project, siger Sam Sivakumar, Intels direktør for litografi.
Her i Wilton er glas- og metalmodulet, som Whelan og hans team bygger, særligt kritisk. Den vil bære de mønstre, der er nødvendige for at lave en mikrochip, og den vil suse frem og tilbage, mens maskinen sprænger den med ekstremt ultraviolet (EUV) lys og oplyser forskellige dele af chipmønsteret. Lyset vil derefter hoppe ned til en skive i størrelse med middagstallerken af silicium og brænde mønsteret på plads.
Whelan går hen til en videomonitor, der viser en af disse glasmetaludstyr, der lyner frem og tilbage, mens den bliver testet. Den vejer 30 kilo, men den bevæger sig i en sløring.
Dette accelererer hurtigere end et jagerfly, siger Whelan, med hans kortklippede skæg og briller skjult af hans udstyr. Hvis der er noget, der er løst, flyver det fra hinanden. Hvad mere er, siger han, skal apparatet stoppe på et sted på størrelse med en nanometer - så du har en af de hurtigste ting på jorden, der sætter sig på stort set det mindste sted af noget som helst.
Denne glasklemme (sort rektangel, øverste center) bruges til at holde masker, som indeholder chipmønstre, der skal overføres til en wafer.
CHRISTOPHER PAYNE
Et nærmere billede af glasklemmen, der bruges til at holde masker.
CHRISTOPHER PAYNEDenne kombination af hastighed og nøjagtighed er nøglen til at holde trit med Moores lov - observationen af, at antallet af transistorer, der er proppet ind i en mikrochip, fordobles omtrent hvert andet år, efterhånden som komponenterne bliver stadig mindre, hvilket gør chipsene billigere og mere kraftfulde. Jo tættere du pakker transistorer, jo hurtigere kan elektriske signaler lyne rundt om chippen. Siden 60'erne har chipproducenter krympet komponenterne ved at skifte, hvert årti eller deromkring, til en ny form for lys med en mindre bølgelængde. Men i slutningen af 90'erne sad producenterne fast ved 193 nanometer lys - og de diskuterede heftigt, hvad de skulle gøre nu. Situationen blev mere og mere alvorlig. Chipmakere var nødt til at bruge stadig mere komplekse designs og teknikker for at holde Moores lov i gang, men de formåede at klare yderligere to årtier med stigende ydeevne.
Så i 2017 afslørede ASML sin produktionsklare EUV-maskine, som bruger lys med en bølgelængde på kun 13,5 nanometer. Med en så kort bølgelængde kunne chipproducenter pakke transistorer tættere end nogensinde før. CPU'er kan knuse tal hurtigere, bruge mindre strøm eller bare blive mindre. De første generationer af chips med små EUV-funktioner er allerede på arbejde for store virksomheder som Google og Amazon, og forbedrer sprogoversættelse, søgemaskineresultater, fotogenkendelse og endda AI, der ligesom GPT-3 taler og skriver med et uhyggeligt menneske kvalitet. EUV-revolutionen når også ud til hverdagsforbrugere, da ASMLs maskiner bliver brugt til at lave chips til produkter, herunder nogle Apple-smartphones og Macs, AMD-processorer og Samsungs Note10+-telefon. Efterhånden som EUV-maskiner bliver mere almindelige, vil det booste ydeevnen og reducere strømkravene på stadigt flere hverdagsenheder. EUV-teknologien muliggør også enklere design, som lader chipproducenter bevæge sig hurtigere og producere flere chips pr. wafer, hvilket resulterer i omkostningsbesparelser, som kan overføres til forbrugerne.
EUV-litografiens succes var langt fra garanteret. Lyset er så djævelsk svært at manipulere, at eksperter i årevis forudsagde, at ASML aldrig ville finde ud af det. Faktisk opgav ASMLs rivaler, Canon og Nikon, begge at prøve for år siden. Så ASML har nu et hjørne på markedet: Hvis du vil skabe de mest avancerede processorer, har du brug for en af dens maskiner. ASML laver kun 55 af dem om året, og de sælger rask til branchens chipgiganter; i øjeblikket er over 100 installeret.
Moores lov er dybest set ved at falde fra hinanden, og uden denne maskine er den væk, siger Wayne Lam, der er forskningsdirektør hos CCS Insight. Du kan ikke rigtig lave nogen førende processorer uden EUV.
Det er ekstremt sjældent, at et enkelt firma har monopol på en så vigtig del af mikrochipproduktionen. Endnu mere forbløffende er det rene arbejde: det tog ASML 9 milliarder dollars i R&D og 17 års forskning, en non-stop omgang med eksperimenter, justeringer og aha-gennembrud. EUV er her nu - det virker. Men indsatsen og tiden det tog at få det til at ske – og dets sene indtræden på scenen – rejser nogle uundgåelige spørgsmål. Hvor længe vil EUV være i stand til at holde Moores lov i gang? Og hvad vil der så ske?
ASML bruger denne orange robot, bygget af KUKA Robotics, til at flytte tunge stykker EUV-maskiner rundt på renrumsgulvet.
CHRISTOPHER PAYNEDa Jos Benschop kom til ASML i 1997, var han kommet efter en lang periode med Phillips og landede smæk i en chipindustri, der var bekymret for sin fremtid. I løbet af årtier havde ingeniører inden for spånfremstilling mestret litografiens kunst. Konceptet er enkelt. Du designer komponenterne i en chip – dens ledninger og halvledere – og ætser dem derefter ind i en række masker, ligesom du laver en stencil til at sætte et mønster på en T-shirt. Derefter lægger du hver maske over en siliciumwafer og skinner lys igennem den (svarende omtrent til at sprøjte maling over stencilen). Lyset hærder resisten, et kemisk lag på overfladen af waferen; så ætser andre kemikalier det mønster ind i siliciumet. I 60'erne brugte chipproducenter synligt lys til denne proces med en bølgelængde så lille som 400 nanometer. Derefter skiftede de til ultraviolet lys ved 248 nm og reducerede det gradvist til 193 nm - det, der ofte kaldes dyb UV. Hvert skifte købte dem flere års forlængelse af Moores lov.
Men i slutningen af 90'erne havde de fokuseret dyb UV så snævert, som de kunne klare, og de var ikke sikre på, hvordan de skulle blive mindre. Det så ud til, at der skulle en ny lyskilde til. ASML var på det tidspunkt et lille firma med 300 mennesker, der med succes havde solgt sine dybe UV-litografiværktøjer. Men for at forblive relevante, indså de, at de skulle lave noget seriøst F&U.
Benschop - en høj, kantet leder med en sprudlende, men skæv måde - blev ansat som den første forskningsmedarbejder. Han begyndte at gå til store konferencer, der blev afholdt to gange om året, hvor dybe tænkere fra store chipfirmaer og statslige agenturer ville stryge sig over hagen og skændes om, hvilken form for lys de skulle bruge næste gang.
Hvad ville være det næste barn på blokken? var sådan Benschop udtrykte det, da vi talte på Zoom sidste sommer. Eksperterne overvejede flere muligheder, som alle havde store problemer. En idé var at bruge en spray af ioner til at tegne mønstre på chips; det ville virke, men ingen kunne finde ud af, hvordan man gør det hurtigt i stor skala. Det samme gjaldt for at skyde stråler af elektroner. Nogle gik ind for at bruge røntgenstråler, som har en lille bølgelængde, men de havde deres egne udfordringer. Den endelige idé var ekstrem ultraviolet, med en bølgelængde, der kan gå så lavt som 13,5 nanometer - temmelig tæt på røntgenstråler. Det så godt ud.
Problemet var, at EUV ville kræve en helt ny form for litografimaskine. De eksisterende brugte traditionelle glaslinser til at fokusere lyset på waferen. Men EUV-lys absorberes af glas; det stopper dødt. Hvis du ville fokusere det, skulle du udvikle buede spejle som dem, der bruges i rumteleskoper. Hvad værre er, EUV absorberes endda af luft, så du bliver nødt til at gøre indersiden af din maskine til et perfekt forseglet vakuum. Og du skal generere EUV-lys pålideligt; ingen var sikker på, hvordan man gør det.
Intel havde pillet ved ideen, ligesom det amerikanske energiministerium. Men disse var for det meste laboratorieforsøg. For at skabe en levedygtig spånfremstillingslitografimaskine skal du udvikle pålidelige teknikker, der kan arbejde hurtigt og producere spåner i bulk.
Efter tre års grubling besluttede ASML i 2000 at satse på virksomheden og prøve at mestre EUV. De var et lille firma, men hvis de kunne klare det, ville de blive en kæmpe.
Der var så mange tekniske problemer for at løse det, som Benschop husker, havde vi ikke momentum til at gøre det selv. Så ASML's ledere begyndte at ringe op til de firmaer, der havde lavet komponenter til deres eksisterende maskiner. Et opkald gik til Zeiss, det tyske optikfirma, der i årevis havde lavet glaslinser til ASML.
Zeiss’ ingeniører havde erfaring med EUV – herunder fremstilling af ekstremt præcise linser og spejle til røntgenteleskoper. Tricket var at belægge overfladen af EUV-spejlene med skiftende lag af silicium og molybdæn, hver kun et par nanometer tyk. Sammen producerer de et mønster, der reflekterer så meget som 70 % af det EUV-lys, der rammer det.
Problemet lå i, hvordan man polerede dem. Maskinen ville ende med at skulle bruge 11 spejle til at kaste EUV-lyset rundt og fokusere det på chippen, ligesom 11 bordtennisspillere, der hopper en bold fra den ene til den anden mod et mål. Da målet var at ætse chipkomponenter målt i nanometer, skulle hvert spejl være åndssvagt glat. Den mindste fejl ville sende EUV-fotoner på afveje.
VENSTRE: Denne polerede optik er en del af en energisensor, der hjælper med at kontrollere lysintensiteten inde i litografimaskiner. TIL HØJRE: Et nærmere kig på en poleringsenhed. De her viste glasstykker er sat i vinkler for at opnå den korrekte affasning.
Disse poleringsenheder bruges til at udglatte komponenter, der går ind i ASMLs EUV-maskine.
Nogle få optikker som den, der er vist øverst til venstre, er mekanisk poleret. En komponent kan bruge mange uger i en flertrins poleringsproces, hvor teknikere kontrollerer glathed ned til nanometerpræcision.
CHRISTOPHER PAYNEFor at give en fornemmelse af skalaen, hvis du tog spejlet i dit badeværelse og sprængte det op til Tysklands størrelse, ville det have bump omkring fem meter høje. Blæst op til samme størrelse ville det glatteste EUV-spejl, Zeiss' ingeniører endnu havde lavet - til rumteleskoper - have bump kun to centimeter høje. Disse spejle til ASML skulle være størrelsesordener jævnere: Hvis de var på størrelse med Tyskland, kunne deres største ufuldkommenheder være mindre end en millimeter høje. Det er virkelig de mest præcise spejle i verden, siger Peter Kürz, der er ansvarlig for udviklingen af næste generation af EUV-optik hos Zeiss.
En stor del af Zeiss' arbejde ville være at inspicere spejlene for at se efter ufuldkommenheder og derefter bruge en ionstråle til at slå individuelle molekyler af, og gradvist udglatte overfladen over måneder og måneders arbejde.
Mens Zeiss udviklede spejlene, arbejdede Benschop og andre ASML-leverandører på deres anden store udfordring: hvordan man kan skabe en lyskilde, der ville producere en konstant strøm af EUV.
Det ville forfølge dem i årevis.
For at generere EUV skal du skabe et plasma, en kræsen fase af stof, der kun eksisterer ved ekstremt høje temperaturer. Efter tidlige eksperimenter med at zappe lithium med laserimpulser for at producere EUV-lys, skiftede de til tin, som producerede større udbrud.
Relateret historie
Vi er ikke forberedt på slutningen af Moores lov Det har givet næring til velstanden i de sidste 50 år. Men enden er nu i sigte.
I begyndelsen af 2000'erne, i samarbejde med San Diego-firmaet Cymer og det tyske laserfirma Trumpf, havde ASML bygget noget af et Rube Goldberg-udstyr. Der er en opvarmet beholder, der holder tin i flydende tilstand. Den føres ind i en dyse, der skyder en dråbe smeltet tin - en tredjedel af diameteren af et menneskehår, siger Danny Brown, virksomhedens australsk-fødte vicepræsident for teknisk udvikling - ud i den nederste del af maskinen, og kamerasystemer sporer dens fremskridt. Når den når midten af det lysproducerende kammer, rammer en laserimpuls tindråben. Brændt i et udbrud, der når en temperatur på omkring 500.000 K, producerer tin et plasma, der lyser med EUV-lys. Mekanismen gentager denne proces, skyder og ødelægger tindråber 50.000 gange i sekundet.
Det er ikke ligetil, lad os sige det sådan, siger Brown tørt.
Selvom de nu kunne generere EUV-lys, opdagede Brown og hans team hurtigt nye problemer. Ioner fra tineksplosionerne ville tilstoppe optikken. For at rense tingene op, indså de, at de kunne pumpe brint ind i lyskammeret, hvor det ville reagere med tinionerne og hjælpe med at øse dem væk.
Men de kom hurtigt bagud i tidsplanen. Benschop havde oprindeligt forudsagt, at de ville have EUV-maskiner i volumen i 2006. I virkeligheden havde de på det år kun produceret to prototyper. Prototyperne fungerede og ætsede mønstre mere fint end nogen litografimaskine i historien. Men de var smerteligt langsomme. Lyskilden var stadig for mager. I litografi betyder enhver foton noget; jo tykkere du kan generere dem, jo hurtigere kan du placere et mønster ned på silicium.
I mellemtiden voksede maskinen til utroligt komplekse dimensioner. Den indeholdt robotarme, der bevægede wafers, motorer, der accelererede sigtekorset - det store stykke glas, der holder mønsteret - til 32 gange Jordens tyngdekraft og hele 100.000 dele, 3.000 kabler, 40.000 bolte og to kilometers slange. Værre, alt var forbundet: få en del til at virke, og det ville skabe et problem et andet sted. Det viste sig for eksempel, at varme fra EUV-lyset mikroskopisk ændrede spejlenes dimensioner. Det tvang Zeiss og ASML til at udvikle sensorer, der kunne detektere enhver ændring, hvilket udløste software, der ville ændre spejlenes positioner ved hjælp af præcisionsaktuatorer.
Da vi fik rettet det ene problem, gik vi videre til det næste, siger Benschop. Hvert bjerg du besteg, så du det næste bjerg, der var endnu højere.
Mange observatører i mikrochipindustrien, der så ASML komme bagud igen og igen, regnede med, at de ville fejle.
Disse turbomolekylære pumper fjerner luft og andre gasser for at producere et vakuum inde i EUV-maskinen - afgørende, fordi EUV-lys absorberes af luft. Pumperne roterer med 30.000 RPM og slår individuelle gasmolekyler ud, én efter én.
CHRISTOPHER PAYNE95 procent af de smarte penge troede, at der ikke var nogen måde, EUV nogensinde ville fungere, siger C.J. Muse, en halvlederindustrianalytiker hos Evercore.
Mens ASML slog sig ned på EUV, udførte de og resten af industrien stadigt mere komplicerede tricks for at udvide ydeevnen af dybt UV-lys så meget som muligt, for at pakke flere transistorer på chips. En teknik, kaldet nedsænkning, involverede at lægge et lag vand over chippen, som bryder indkommende lys og tillod det at blive fokuseret i et strammere mønster.
Litografiingeniører udviklede også en teknik til at mønstre og skære væk på et spånlag flere gange - hvad der er kendt som multiple mønstre - for at producere finere detaljer. Tilsammen skubbede disse tilgange chipkomponenter ned til 20 nanometer.
Men disse mærkelige innovationer gjorde også chipfremstilling meget mere kompleks. Nedsænkning krævede håndtering af tilstedeværelsen af vand i den delikate litografiproces, ingen nem opgave. Og chipdesignere fandt det besværligt at ændre deres design til at fungere med flere mønstre. Dyb UV var ved at løbe tør for damp - og alle vidste det.
I midten af 2010'erne begyndte det dog at virke som om, at EUV endelig kunne komme til undsætning. Brown og hans team var dykket ned i den videnskabelige litteratur og ledte efter måder at få mere ud af hver blikdråbe. Som en tidligere universitetsforsker, der studerede plasmafysik, var han kendt inden for ASML for at rejse spidshovede videnskabelige spørgsmål; CTO'en gav ham i spøg en plakette med ordene Videnskabeligt nøjagtigt, men praktisk talt ubrugelig.
Denne gang kunne det dog betale sig at opsluge den videnskabelige litteratur. Det foreslog konceptet med at ramme hver tindråbe med laseren to gange. Et første sprængning ville flade dråben ud til en pandekageform, hvilket gjorde det muligt for en anden eksplosion - milliontedele af et sekund senere - at producere langt mere EUV. Browns team udtænkte en måde at gøre dette på i stor skala.
Andre opdagelser kom ved et lykkeligt tilfælde. Da deres evne til at immolere tin blev forbedret, producerede processen mere affald, end brinten kunne rense op. Spejlydelsen var nedværdigende. Så en dag bemærkede de noget sjovt: spejlene blev ikke nedbrudt så hurtigt, efter at maskinen var blevet åbnet for vedligeholdelse. Det viste sig, at ilt i luften, der kom ind, hjalp med at vende forureningen. ASML byggede lejlighedsvis tilsætning af små mængder ilt ind i designet.
I midten af 2017 havde virksomheden endelig en fungerende demo, der ætset chips i et industrivenligt tempo - 125 wafers i timen. Fra sit kontor i San Diego så Brown demoen i Holland. Han var opstemt; han havde skiftet til en hawaiiskjorte og proklamerede, at han endelig ville være i stand til at tage på ferie.
Denne ting var ligesom zzzt zzzt zzzt zzzt , husker han og efterligner hastigheden af trådkorset, der lyner rundt, og robotarmen glider ind i en ny wafer omkring hvert 30. sekund. Det var den sidste domino, der dybest set sagde: 'Ja, EUV-litografi vil ske.'
Det år begyndte ASML endelig at sende maskiner ud, der ville revolutionere spånfremstillingen. Da markedet indså, at ASML havde monopol på de banebrydende værktøjer, begyndte dets aktie at stige og nåede $549 og gjorde virksomhedens markedsværdi næsten på størrelse med Intels.
Hvis du er en gearhoved som mig, er maskinen virkelig smuk at se - et vidunder af ingeniørkunst. Da jeg besøgte Wilton, fulgte de mig hen for at se en massiv blok af fræset aluminium, der udgør den øverste del af enheden. Den er otte fod lang, seks fod bred og to fod tyk. Den skinner som chassiset på et rumskib og holder glaskorset og har også monteret enorme, tøndeformede molekylære pumper. Hver pumpe indeholder bittesmå knive, der roterer med 30.000 omdr./min., og suger alle gasser ud af maskinen for at skabe et vakuum indeni. De slår faktisk gassens molekyler af vejen, én ad gangen, fortalte Whelan mig.
Man kan argumentere for, at ASMLs største succes ikke har været så meget i at lave maskiner som i at måle det. Da jeg trak min kanindragt af, besøgte jeg maskinværkstedet, hvor store stykker glas blev udskåret til sigtekorset. Efter hvert stykke glas er malet, placeres det på maskiner, der gradvist glatter det i hundredvis af timer over flere uger. Som maskinværkstedschef Guido Capolino fortalte mig, måler de glasset hele tiden for at se, hvor mange ufuldkommenheder der fjernes, begyndende med grove mikron. Han gestikulerede mod en polermaskine bag os, hvor glasstykker langsomt kredsede oven på en opslæmning af våd polerblanding.
Denne eksperimentelle bordopstilling på ASMLs San Diego-fabrik bruges til at teste dråbegeneratorsamlinger - en del af EUV-maskinens lyskilde.
Spejlene inde i litografimaskinen kan samle tinaffald fra EUV-lyskilden. Efter at spejlene er blevet renset og poleret, bruges denne maskine til at undersøge dem.
CHRISTOPHER PAYNEVi er nede på ångstrøm og nanometer for variabiliteten her, sagde han. Brug af glas i trådkorset er afgørende; det deformeres ikke under varme så meget som metal. Men det er djævelsk svært at udskære - endnu et problem, som ingeniørerne langsomt skulle løse.
ASMLs succes med EUV har vundet virksomheden dyb respekt på tværs af mikrochipindustrien. Chris Mack, en fire årtiers veteran inden for chiplitografi, er i øjeblikket teknologichef for Fractilia, et firma, der laver software til chipfremstilling. Han siger, at grunden til, at ASML og dets partnere lykkedes - hvor andre ikke engang turde prøve - er ren og skær vedholdenhed.
De pillede løget, fortalte han. De går, Åh, nu har jeg det næste lag. Og så trækker de det lag. Og så ved ingen rigtig, om det er råddent i kernen, eller det bliver godt. De bliver bare ved med at skrælle det. Og til deres ære gav de bare aldrig op.
Nu hvor de har evnen til at blive ved med at lave mindre og mindre komponenter , kan store firmaer som Intel og TSMC og Samsung bygge stadig hurtigere og mere strømbesparende chips.
Vores designere kan ånde lettet op, siger Intels Sam Sivakumar. Moores lov er i live.
Efterhånden som flere EUV-maskiner kommer online, og deres omkostninger amortiseres, vil teknologien sive ned til et stigende antal dagligdagsenheder. Det eneste sted, der ikke vil drage fordel af EUV-revolutionen - i hvert fald på kort sigt - er Kina.
En EUV-lyskilde sidder i en testbås i et ASML-renrum.
Bekymret over, at Kina udgør en teknologisk trussel, pressede både Trump- og Biden-administrationerne med succes Holland for at forhindre ASML i at sælge EUV-maskiner til kunder der.
Kan Kina blot lave sine egne EUV-enheder? Nogle industriobservatører formoder, at det ikke kan. ASML's succes med EUV krævede et enormt samarbejde med firmaer baseret overalt fra Tyskland og USA til Japan (hvilket gør kemikalier kritiske til de litografiske masker). Kina, der er relativt isoleret, har små chancer i sig selv, ifølge Will Hunt, en analytiker ved Georgetown University's Center for Security and Emerging Technology. Det kan ikke rigtig lukke det hul, siger han.
Hvad der er muligt, foreslår andre iagttagere, er, at der simpelthen vil være en forsinkelse i Kinas evne til at købe EUV-maskiner. Typisk arbejder Kinas chipproducenter med sidste generations værktøjer, der er et skridt bagefter, hvad der bruges af TSMC i Taiwan, Samsung i Korea eller Intel i USA, siger C.J. Muse. Så når ASML’s første generation af EUV-maskiner bliver en smule ældre – om et par år – og industrien går videre til nyere modeller, får Kina måske lov til at købe dem.
Og faktisk arbejder ASML allerede på en forbedret version af enheden. Det vil være i stand til at fokusere EUV-lys i en endnu skarpere grad takket være det, der er kendt som en højere numerisk blænde, hvilket gør det muligt for den at ætse komponenter, der kan være under 10 nanometer brede. Denne EUV-maskine med høj NA vil have større spejle, hvilket kræver, at hele maskinen også bliver større. Intel er i øjeblikket den første kunde til en af disse næste generations maskiner, og den forventer at sælge sine første chips bygget med dem i 2025.
ASML og de fleste observatører regner med, at EUV vil hjælpe chips med fremgang indtil mindst 2030, og muligvis længere. Når alt kommer til alt, burde nogle af de tricks, som chipdesignere udviklede for at holde dyb UV i gang så længe, kunne gentages med EUV.
Men på et tidspunkt i det næste årti eller deromkring, vil chipindustriens ønske om at formindske funktioner begynde at støde op mod nogle fysiske begrænsninger, der er endnu sværere end dem, de i øjeblikket har overstået. For det første begynder kvanteproblemer at dukke op. Det har de faktisk allerede: chipproducenter, der bruger ASML's EUV-maskiner, må kæmpe med stokastiske fejl - stråler af EUV-lys går naturligt på afveje og producerer forkerte mønstre på chips. Disse er endnu ikke nogle problemer, der stopper op, men de vil rynke brynene mere og mere, jo mindre chipproducenter går.
Forudsat at høj NA holder Moores lov i gang til 2030, hvad vil så tage over? Industrieksperter regner med, at ASML vil fortsætte med at udforske enheder med endnu højere numerisk blænde, hvilket giver dem mulighed for at fokusere EUV på mindre og mindre punkter. Samtidig kigger chipdesignere på strategier til at forbedre chips, der ikke er så afhængige af yderligere miniaturisering, såsom at udvide arkitekturer opad og bygge ind i den tredje dimension ved at stable chiplag. Hvad angår litografiteknologien, der kan komme efter EUV, ved ingen endnu. Intels Sivakumar ville ikke spekulere; Mack sagde, at uden for EUV med højt NA er intet andet under intensiv udvikling.
Inde i Wiltons renrum gav Whelan mig et kig på deres høj-NA EUV-maskine. Han rullede en stor garagedør op og førte mig ind i et stort nyt rent rum på størrelse med en fodboldbane. I hjørnet var en skinnende alu sigtekors seng. Den var ligesom den, jeg havde set til den originale EUV-maskine, men den kunne ikke længere passe komfortabelt i en stue; den var næsten lige så stor som en metrovogn og vejede hele 17 tons. De skulle installere kraner i taget for at flytte det.
Så dette, sagde Whelan, bliver maskinen, der hjælper os med at fortsætte med at skubbe Moores lov ind i fremtiden.
Rettelse: En tidligere version af denne artikel sagde, at mere end 1.000 EUV-maskiner er blevet installeret. I virkeligheden er det mere end 100.
Clive Thompson er en videnskabs- og teknologijournalist baseret i New York City og forfatter til Coders: The Making of a New Tribe and the Remaking of the World.