Китай может обойти EUV-литографию ASML: разбор альтернатив кремнию — оксид галлия, двухмерные материалы, одноэлектронная память и волновые вычисления. Что реально, а что фантастика.
Key Takeaways
- Кремний приближается к физическим пределам, и индустрия ищет как новые материалы, так и новые принципы вычислений.
- Не будет одного материала, который заменит кремний: появится набор материалов под разные задачи.
- Китай активно развивает альтернативные направления, но путь в обход EUV требует не только новой физики, но и производства.
- Главный тренд — специализация вычислений, фотоника и архитектуры, снижающие зависимость от литографии.
What the video covers
- Видео задаёт вопрос: может ли Китай перепрыгнуть через EUV-литографию ASML, а не догонять Запад в традиционной микроэлектронике.
- Кремниевая технология приближается к физическим пределам: размеры транзисторов измеряются несколькими нанометрами, а туннелирование электронов и токи утечки растут.
- Стоимость фабрик и литографического оборудования растёт почти экспоненциально: EUV-машина стоит сотни миллионов долларов, фабрика — десятки миллиардов.
- Оксид галлия имеет широкую запрещённую зону и подходит для силовой электроники (электромобили, энергетика, дата-центры), но плохо отводит тепло и не заменит кремний в CPU.
- Китайские компании сообщали о производстве 6- и 8-дюймовых пластин оксида галлия — признак перехода технологии из лабораторий в промышленность.
- Двухмерные материалы (например, дисульфид молибдена) позволяют сделать сверхтонкий канал, который легче контролировать затвором, и потенциально масштабировать транзисторы дальше.
- Исследователи Университета Цинхуа создали МОП-транзистор с длиной затвора менее 1 нм и собрали из них логические элементы NAND и NOR.
- Выход годных устройств у самых маленьких транзисторов около 15%, что показывает серьёзность проблем масштабирования.
- Альтернативой миниатюризации называются волновые вычисления, где информация кодируется интерференцией волн, и одноэлектронная память.
- Квантовая память требует сохранения квантовых состояний фотонов или кубитов, и Китай активно работает и в этом направлении.
Full Transcript — Download SRT & Markdown
Speaker A
Представьте ситуацию: через несколько лет Китай выпускает процессор, который невозможно изготовить на современных машинах ASML. Не потому, что китайцы каким-то образом скопировали EUV-литографию, а потому, что она им больше просто не нужна. Вместо кремния — двухмерные материалы толщиной в несколько атомов. Вместо обычных транзисторов — электронные волны, а для хранения информации вместо тысяч или миллионов электронов используется буквально один. Звучит как фантастика, но исследования по каждому из этих направлений существуют уже сегодня. И самое интересное: огромная их часть сейчас появляется именно в Китае.
Speaker A
транзисторов электронные волны, а для хранения информации вместо тысяч или миллионов электронов используется буквально один. Звучит как фантастика, но исследования по каждому из этих направлений существуют уже сегодня. И самое интересное, огромная их часть сейчас появляется именно в Китае. Всем
Speaker A
Всем привет, меня зовут Дмитрий, вы на XenonLab. Сегодня попробуем разобраться, действительно ли человечество подходит к пределу кремниевых процессоров, что может прийти им на смену, почему все вдруг заговорили об оксиде галлия, графене, двухмерных транзисторах и квантовой памяти. И главный вопрос: может ли Китай не догнать Запад в современной микроэлектронике, а просто перепрыгнуть через существующую технологию?
Speaker A
может ли Китай не догнать Запад в современной микроэлектронике, а просто перепрыгнуть через существующую технологию?
Speaker A
Практически вся современная электроника построена вокруг одной довольно простой идеи: нужно увеличивать производительность, уменьшая транзисторы. Уменьшили транзисторы, на той же площади помещается больше элементов, получаем более мощный процессор. И так индустрия жила десятилетиями. Но проблема в том, что сегодня размеры отдельных элементов, транзисторов, уже измеряются буквально несколькими нанометрами, а атом кремния имеет размер порядка 0,2 нанометра. То есть мы постепенно приближаемся к масштабу, где дальше начинается уже не привычная инженерия, а квантовая физика.
Speaker A
транзисторов, уже измеряются буквально несколькими нанометрами, а атом кремния имеет размер порядка 2/10 нанометра. То есть, мы постепенно приближаемся к масштабу, где дальше начинается уже не привычная инженерия, а квантовая физика.
Speaker A
Электроны начинают туннелировать через слишком тонкие барьеры, растут токи утечки, усложняется отвод тепла. Производство становится всё дороже.
Speaker A
Причём проблема даже не только в физике. Каждое новое поколение литографии требует невероятно сложного оборудования. Современная UV машина состоит из десятков тысяч компонентов и стоит сотни миллионов долларов, а фабрика для самых современных чипов обходится уже в десятки миллиардов.
Speaker A
Причём проблема даже не только в физике. Каждое новое поколение литографии требует невероятно сложного оборудования. Современная EUV-машина состоит из десятков тысяч компонентов и стоит сотни миллионов долларов, а фабрика для самых современных чипов обходится уже в десятки миллиардов.
Speaker A
первый кандидат. Если вы следите за технологическими новостями, то наверняка встречали название оксид галлия. Иногда его уже называют материалом, который способен заменить кремний. Только здесь есть одна маленькая проблема. Это не совсем правда. Оксид галлия действительно обладает очень широкой запрещённой зоной
Speaker A
Получается парадокс: транзистор становится меньше, но стоимость возможности делать его меньше растёт практически экспоненциально. Поэтому главный вопрос индустрии постепенно меняется. Раньше спрашивали, как сделать кремниевый транзистор меньше. Теперь всё чаще спрашивают: а зачем нам вообще обязательно продолжать использовать кремний? И здесь появляется первый кандидат. Если вы следите за технологическими новостями, то наверняка встречали название «оксид галлия». Иногда его уже называют материалом, который способен заменить кремний. Только здесь есть одна маленькая проблема: это не совсем правда. Оксид галлия действительно обладает очень широкой запрещённой зоной и способен выдерживать значительно более сильные электрические поля, чем обычный кремний. Это делает его чрезвычайно интересным для силовой электроники.
Speaker A
Электромобили, источники питания, промышленные преобразователи, энергетика, дата-центры. Тоесть там, где нужно управлять огромной мощностью с минимальными потерями. И Китай сейчас очень активно развивает это направление.
Speaker A
Электромобили, источники питания, промышленные преобразователи, энергетика, дата-центры — то есть там, где нужно управлять огромной мощностью с минимальными потерями. И Китай сейчас очень активно развивает это направление.
Speaker A
Ryzen, скорее всего, не будет изготовлен из оксида галлия. Для обычных высокопроизводительных CPU у этого материала хватает собственных проблем.
Speaker A
В 2026 году китайские компании уже сообщали о производстве крупных шести- и восьмидюймовых пластин оксида галлия. А переход к большим пластинам — это один из важнейших признаков того, что технология пытается выйти из лаборатории в промышленность. Но тут возникает важный момент. Ваш следующий Ryzen, скорее всего, не будет изготовлен из оксида галлия. Для обычных высокопроизводительных CPU у этого материала хватает собственных проблем.
Speaker A
для своей задачи. А вот если говорить непосредственно о транзисторах процессора, здесь становится всё гораздо интереснее.
Speaker A
Например, он довольно плохо отводит тепло. Поэтому правильнее сказать так: оксид галлия не заменит кремний, но начинает отбирать у кремния отдельные задачи. И это, возможно, главный принцип электроники будущего. Не будет одного материала, который заменит кремний, будет много разных материалов, каждый для своей задачи.
Speaker A
и в теории это очень удобно, потому что такой тонкий канал значительно проще контролировать электрическим полем, а значит, транзистор потенциально можно продолжать уменьшать даже там, где кремний уже начинает испытывать серьёзные проблемы. И здесь Китай недавно показал очень интересный результат. Исследователи из университета
Speaker A
А вот если говорить непосредственно о транзисторах процессора, здесь становится всё гораздо интереснее.
Speaker A
взгляд кажется: "Ну и всё, вот он процессор будущего". Но есть одна цифра, которую обычно не выносят в заголовок. У самых маленьких транзисторов выход работающих устройств составляет примерно 15%. То есть, условно, из 100 изготовленных устройств нормально работает 15. А современному процессору
Speaker A
Вот обычный кремниевый транзистор. А теперь представьте, что его активный слой имеет толщину буквально в несколько атомов. Именно поэтому сейчас огромное внимание уделяют так называемым двухмерным материалам. Один из самых известных — дисульфид молибдена. Его слой может быть практически атомарно тонким, и в теории это очень удобно, потому что такой тонкий канал значительно проще контролировать электрическим полем, а значит, транзистор потенциально можно продолжать уменьшать даже там, где кремний уже начинает испытывать серьёзные проблемы.
Speaker A
радикальный вариант. А что, если вместо уменьшения транзисторов вообще отказаться от привычного способа вычислений? И прежде, чем продолжим, буквально несколько секунд. [музыка] Xenon Lab. Мы стараемся делать независимый научно-технологический проект. И если вам нравится то, что мы делаем, нас можно поддержать на Бусти
Speaker A
И здесь Китай недавно показал очень интересный результат. Исследователи из университета Цинхуа создали МОП-транзистор с физической длиной затвора меньше одного нанометра. Причём дело не ограничилось одним красивым устройством под микроскопом. Учёные показали массивы транзисторов, а затем собрали из них простейшие логические элементы: NAND и NOR. А это уже буквально строительные блоки любого процессора.
Speaker A
кремнию. Вот здесь начинается настоящая научная фантастика. Современный процессор работает примерно так. Есть транзистор, он либо пропускает ток, либо нет.
Speaker A
На первый взгляд кажется: «Ну и всё, вот он процессор будущего». Но есть одна цифра, которую обычно не выносят в заголовок. У самых маленьких транзисторов выход работающих устройств составляет примерно 15%. То есть, условно, из 100 изготовленных устройств нормально работает 15. А современному процессору нужны миллиарды, и желательно, чтобы работали почти все. Вот это и есть огромная пропасть между «учёные создали транзистор меньше нанометра» и «TSMC выпускает миллиарды таких транзисторов на каждом чипе». Лабораторный рекорд — это начало пути, не конец.
Speaker A
У волны есть амплитуда, частота, фаза. Две волны могут встретиться и усилить друг друга, а могут взаимно погаситься.
Speaker A
Но есть ещё более радикальный вариант. А что, если вместо уменьшения транзисторов вообще отказаться от привычного способа вычислений? И прежде чем продолжим, буквально несколько секунд.
Speaker A
продемонстрировали очень необычное устройство на основе графена. При определённых условиях электроны и дырки в графене начинают вести себя коллективно, практически как жидкость. В такой электронной жидкости могут распространяться особые волны.
Speaker A
[музыка]
Speaker A
заставляя миллиарды транзисторов переключаться миллиарды раз в секунду, а природа иногда может выполнять математическую операцию просто потому, что две волны встретились друг с другом.
Speaker A
XenonLab. Мы стараемся делать независимый научно-технологический проект. И если вам нравится то, что мы делаем, нас можно поддержать на Boosty или Patreon. Можно оформить подписку или просто оставить донат. Это поможет нам делать больше таких выпусков, тратить больше времени на исследования, графику, съёмки и монтаж. Ссылка на Boosty и Patreon в шапке канала. Спасибо всем, кто уже поддерживает проект, а мы возвращаемся к кремнию.
Speaker A
Большая проблема современных вычислений называется довольно просто. Данные нужно постоянно куда-то таскать. Из памяти в процессор, из процессора обратно, из HBM в GPU, от одного ускорителя к другому. А это требует энергии. Причём с ростом искусственного интеллекта проблема становится всё более серьёзнее. И
Speaker A
Вот здесь начинается настоящая научная фантастика. Современный процессор работает примерно так: есть транзистор, он либо пропускает ток, либо нет. Получаем ноль или единицу. Миллиарды таких переключений складываются в вычисления. Но в природе существует огромное количество других способов передавать информацию. Например, волны. У волны есть амплитуда, частота, фаза. Две волны могут встретиться и усилить друг друга, а могут взаимно погаситься. То есть сама физика интерференции уже выполняет математическую операцию. Поэтому учёные исследуют так называемые Wave-Based Computing, волновые вычисления. Причём волны могут быть совершенно разными: световые, акустические, спиновые, электромагнитные и даже коллективные волны электронов.
Speaker A
Для сравнения, в традиционной электронике для надёжного определения состояния используется огромное количество электронов, а здесь меняется состояние отдельного электрона, причём устройство работает при комнатной температуре. И вот это уже чрезвычайно интересно, потому что если подобные технологии когда-нибудь удастся масштабировать, энергопотребление памяти
Speaker A
В 2026 году китайские исследователи продемонстрировали очень необычное устройство на основе графена. При определённых условиях электроны и дырки в графене начинают вести себя коллективно, практически как жидкость. В такой электронной жидкости могут распространяться особые волны. Исследователям удалось создать устройство, которое может управлять распространением такой волны, пропускать её или отражать. По сути получается своеобразный волновой транзистор. Нет, на нём пока нельзя запускать Windows, и даже калькулятор пока рано. Но важна сама идея. Мы пытаемся сделать вычисления быстрее, заставляя миллиарды транзисторов переключаться миллиарды раз в секунду, а природа иногда может выполнять математическую операцию просто потому, что две волны встретились друг с другом.
Speaker A
Одноэлектронная память - это одно, а настоящая память для квантовых компьютеров - совсем другое. Там нужно сохранить не обычный ноль или единицу, а квантовое состояние. Например, состояние фотона или кубита. И Китай одновременно активно работает и в этой области. То
Speaker A
Для некоторых задач это потенциально может быть гораздо эффективнее, особенно для искусственного интеллекта, обработки сигналов и матричных вычислений. Но процессор — это только половина проблемы, потому что современный компьютер тратит огромное количество энергии вообще не на вычисления.
Speaker A
Процессор - один материал, память - другой, силовая часть - третий, передача данных светом, специализированные вычисления волнами, а рядом ещё отдельный квантовый модуль. И теперь возникает самый неудобный вопрос.
Speaker A
Большая проблема современных вычислений называется довольно просто: данные нужно постоянно куда-то таскать. Из памяти
Speaker A
установки, и Китай их официально не получает. Отсюда возникает очень соблазнительная идея. Если Китай не может быстро догнать Запад в традиционных кремниевых технологиях, может быть он просто создаст технологию, которой EUV вообще не нужна? И теоретически да, если новая архитектура
Speaker A
требует менее агрессивной литографии. Если часть вычислений выполняется в памяти, если используются трёхмерные структуры чиплеты фотоника новые материалы, волновые ускорители, то зависимость от конкретного техпроцесса действительно может уменьшиться. Но есть один важный момент. Новая физика не отменяет производство. Двухмерный транзистор всё равно нужно изготовить,
Speaker A
нужно выращивать материал, контролировать дефекты, наносить контакты, формировать изоляцию, создавать проводники, производить миллиарды элементов, проверять их, упаковывать, а потом ещё проектировать под всё это архитектуру и программное обеспечение. Поэтому статья в Nature не заменяет фабрику TSMC, и новый материал не уничтожает технологические санкции за
Speaker A
один день. Но он может изменить правила игры, потому что санкции особенно эффективны тогда, когда существует одна главная технологическая дорога.
Speaker A
Например, хотите лучший процессор? Нужен лучший техпроцесс. Нужен EUV, нужно определённое оборудование. А если дорог становится 10, тогда контролировать все узкие места становится намного сложнее.
Speaker A
Ну и теперь давайте попробуем сделать прогноз. Тренд номер один. Кремний никуда не исчезнет. Он слишком дешёвый, слишком хорошо изученный, вокруг него построена гигантская индустрия, поэтому ждать, что через 5 лет все заводы выбросят кремний и перейдут на графен, не стоит. Тренд номер два. Кремний
Speaker A
перестанет быть универсальным материалом для всего. Силовая электроника всё активнее будет использовать карбид кремния, нитрид галлия и возможно оксид галлия. Для отдельных транзисторов могут появляться двухмерные материалы. Связь между чипами постепенно будет переходить на фотонику. Тренд номер три. Вычисления станут специализированными. Сегодня CPU
Speaker A
пытается быть универсальным. Но ИИ уже показал, насколько эффективны специализированные ускорители. В будущем отдельные блоки могут использовать совершенно разные физические принципы.
Speaker A
Одни транзисторы, другие - свет, третьи - память, четвёртые - волны. Тренд номер четыре. Главной гонкой станет уже не гонка нанометров. Мы привыкли сравнивать 7 нанометров, 5, 2, но через несколько поколений эта цифра может перестать быть главным показателем технологического
Speaker A
лидерства, потому что гораздо важнее будет вопрос: сколько полезных вычислений система выполняет на 1 Вт энергии. И вот здесь у стран, которые сегодня отстают в классической литографии, действительно появляется шанс изменить расстановку сил.
Speaker A
На самом деле и да, и нет. Кремний ещё долго останется основой электроники. Он не исчезнет завтра, не исчезнет через 5 лет, возможно, не исчезнет и через 20.
Speaker A
Но эпоха, когда практически любую проблему производительности можно было решить простым уменьшением кремниевого транзистора, действительно подходит к концу. И сейчас начинается намного более интересный период. Вместо одной технологии появляется десятки. Оксид галлия, карбид кремния, двухмерные материалы, фотоника, вычисления в памяти, электронные и спиновые волны,
Speaker A
квантовые устройства. Именно поэтому я бы внимательно следил за тем, что происходит сейчас в китайских лабораториях. Не потому, что Китай завтра выпустит процессор, который обгонит Nvidia или AMD, а потому, что технологическое отставание иногда заставляет искать дорогу, по которой остальные просто ещё не пошли. И здесь
Speaker A
остаётся главный вопрос: что опаснее для лидера? Конкурент, который пытается тебя догнать, или конкурент, который вообще перестал бежать по твоей трассе? А теперь вопрос к вам. Как вы думаете, что действительно станет следующим большим этапом после кремния? Двухмерные транзисторы, фотоника, вычисления прямо
Speaker A
внутри памяти, квантовые технологии или кремний ещё 30 лет будет хоронить всех своих очередных убийц?
Speaker A
Пишите в комментариях. С вами был Дмитрий Xenon Lab. Подписка, лайк и колокольчик. До встречи в следующем ролике.
Topics:кремнийEUV-литографияASMLоксид галлиядвухмерные материалытранзисторыквантовая памятьКитайполупроводникичипы











