Il chip che non ha bisogno della litografia EUV: la scommessa cinese che spaventa l'industria occidentale

Una startup cinese con sede a Shanghai, Yuanjiwei, ha annunciato l'avvio di quella che definisce la prima linea di produzione pilota al mondo su wafer da 8 pollici interamente dedicata ai semiconduttori bidimensionali (2D). Lo riporta il South China Morning Post.

L'iniziativa si inserisce nel più ampio sforzo di Pechino per sviluppare tecnologie di fabbricazione dei chip alternative a quelle occidentali, in un contesto segnato dalle restrizioni statunitensi all'export di apparecchiature avanzate per la produzione di semiconduttori.

Secondo quanto comunicato dall'azienda attraverso il proprio account WeChat, la linea pilota copre l'intero processo produttivo: dalla preparazione dei materiali bidimensionali fino all'integrazione nei chip finiti, passando per il tape-out, ovvero la fase conclusiva della progettazione che precede l'avvio della produzione vera e propria. Si tratta, secondo Yuanjiwei, del passaggio che segna il salto della tecnologia cinese sui semiconduttori 2D dalla fase di ricerca di laboratorio a quella di validazione ingegneristica e produzione industriale.

Da decenni il miglioramento delle prestazioni dei chip passa dalla miniaturizzazione dei transistor. Con l'avvicinarsi alle dimensioni atomiche, però, questo processo è diventato progressivamente più complesso e costoso. Tra i problemi principali vi è la corrente di dispersione (leakage): un fenomeno per cui l'elettricità continua a fluire attraverso il transistor anche quando dovrebbe essere spento, con conseguente aumento dei consumi energetici e della dissipazione termica.

I materiali bidimensionali, composti da uno o pochi strati atomici, rappresentano una delle piste più promettenti per superare questi limiti. A differenza del silicio convenzionale, che forma una struttura cristallina tridimensionale, negli strati 2D gli elettroni si muovono prevalentemente all'interno di un piano ultrasottile: una caratteristica che, secondo Bao Wenzhong, presidente di Yuanjiwei, permette di realizzare transistor più piccoli senza dover ricorrere a strutture sempre più complesse, mantenendo al contempo un controllo elettrostatico efficace anche alle scale dimensionali più ridotte, dove il silicio convenzionale perde efficienza.

Cina, un transistor senza silicio che sfida le soluzioni di Intel e TSMC

Un ulteriore vantaggio, secondo l'azienda, riguarda i bassi livelli di corrente di dispersione tipici dei materiali 2D, che potrebbero tradursi in consumi energetici più contenuti. Combinata con le tecniche di impilamento tridimensionale (3D stacking), questa caratteristica potrebbe inoltre consentire, nel tempo, un aumento della densità a parità di ingombro, grazie alla possibilità di sovrapporre più strati di circuiti su un'unica base.

Va precisato che Yuanjiwei non ha sviluppato un nuovo materiale, bensì un processo industriale in grado di trasformare risultati di ricerca già noti in una pipeline manifatturiera ripetibile su scala wafer. È proprio questo, secondo diversi osservatori del settore, il vero collo di bottiglia che ha finora impedito ai materiali 2D di uscire dai laboratori: numerosi studi hanno già dimostrato la fattibilità di dispositivi elettronici ad alte prestazioni basati su questi materiali, ma il salto verso una produzione uniforme e affidabile su interi wafer si è rivelato estremamente complesso, tanto da lasciare il silicio ancora saldamente al centro dell'industria dei chip.

Yuanjiwei ha delineato una tabella di marcia precisa per la commercializzazione della tecnologia. Entro la fine dell'anno l'azienda punta a mettere a punto un processo produttivo paragonabile, in termini prestazionali, a uno basato su silicio a 90 nanometri. L'obiettivo successivo, più ambizioso, è arrivare entro il 2029 a un processo interamente domestico equivalente a un processo a 5 nanometri, senza fare ricorso alla litografia ultravioletta estrema (EUV), la tecnologia alla base della produzione dei chip più avanzati e il cui accesso è precluso alla Cina dalle restrizioni all'export imposte dagli Stati Uniti.

Il progetto si inquadra in una strategia più ampia con cui Pechino sta cercando di ridurre la propria dipendenza da apparecchiature straniere, coinvolgendo università, laboratori statali, produttori di macchinari e aziende del comparto dei semiconduttori. L'obiettivo dichiarato, secondo fonti a conoscenza di iniziative parallele nel campo della litografia EUV, è arrivare a produrre chip avanzati impiegando esclusivamente macchinari di fabbricazione cinese.

Un macchinario EUV 'made in China' prende forma a Shenzhen: cosa cambia per l'industria dei semiconduttori

Nonostante l'entusiasmo attorno all'iniziativa, diversi esperti del settore, intervenuti in occasione della presentazione della linea pilota, hanno sottolineato che la fabbricazione dei chip resta uno dei processi industriali più complessi al mondo e che nessuna singola azienda può, da sola, portare a maturazione l'intera filiera dei semiconduttori 2D: dai materiali alle apparecchiature, dalla progettazione alla manifattura fino al collaudo, ogni anello della catena deve svilupparsi di pari passo.

Restano inoltre aperte questioni tecniche non trascurabili. Se la letteratura scientifica ha più volte dimostrato in laboratorio transistor 2D dalle prestazioni elevate, la sfida di produrre milioni o miliardi di dispositivi identici con un livello di affidabilità adeguato agli standard industriali è tutt'altro che risolta. Fan Hao, direttore per i materiali avanzati presso la Commissione municipale per la scienza e la tecnologia di Shanghai, ha comunque definito i semiconduttori 2D come una delle direzioni più promettenti per la prossima generazione di chip, destinata ad attirare una competizione internazionale crescente.