Na primavera de 2026, Musk revelou oficialmente o plano de fabricação de chips TeraFab. Sua justificativa era simples: SpaceX e Tesla precisariam de pelo menos 1 terawatt de poder computacional no futuro, uma escala mais de 10 vezes a capacidade atual de fornecimento global de chips.
Mais tarde naquele mês, ele parecia fazer uma aposta ainda maior: entrar no negócio de máquinas de litografia.
01 TeraFab, de olho nas máquinas de litografia
Um blogueiro postou que, a julgar pelas notícias divulgadas pela TeraFab, Elon Musk parece estar seguindo a rota FEL (Free Electron Laser), subvertendo o monopólio do EUV tradicional.
O próprio Musk mais tarde postou "FEL FTW" (FEL vence) nas redes sociais, o que foi visto por pessoas de fora como uma confirmação lateral dessa especulação. Combinado com o design alongado da fábrica da TeraFab e a declaração de Musk, a rota técnica FEL tornou-se o palpite mais popular. De acordo com planos anteriores, a TeraFab construirá uma base integrada de fabricação de chips, produzindo tanto chips lógicos quanto chips de memória, e integrando litografia, empacotamento e teste na mesma fábrica.
Coincidentemente, em julho do ano passado, a startup de semicondutores xLight anunciou a conclusão de uma rodada de financiamento Série B de US$ 40 milhões com excesso de subscrição. Este financiamento se concentrará em pesquisa e desenvolvimento de FEL, com o objetivo de romper os limites físicos da tecnologia EUV existente e fornecer suporte de fonte de luz chave para a produção em massa de chips de 2nm e processos mais avançados. Vale a pena notar que, em março do ano passado, o ex-CEO da Intel, Pat Gelsinger, postou no LinkedIn que havia se juntado à xLight como presidente executivo.
De repente, as características da própria tecnologia FEL geraram discussões acaloradas na indústria.
02 FEL, uma solução diferente para EUV
Em toda a cadeia de suprimentos de chips de IA, a empresa holandesa ASML é atualmente a única no mundo que pode fabricar equipamentos EUV, detendo mais de 90% da participação de mercado de equipamentos de litografia.
A máquina de litografia EUV da empresa usa fonte de luz EUV de plasma produzido por laser (LPP). Seu princípio é bombardear gotículas de metal de estanho ejetadas de um bico a uma taxa de 50.000 gotas por segundo com um laser de dióxido de carbono de 30kW, cada gota sendo atingida duas vezes (ou seja, exigindo 100.000 pulsos de laser por segundo), evaporando-as em plasma, e obtendo luz EUV com comprimento de onda de 13,5nm através de transições entre níveis de energia de íons de estanho altamente carregados.
Embora a tecnologia LPP tenha permitido a comercialização da litografia EUV, suas limitações físicas inerentes estão se acelerando à medida que os nós de processo avançam.
Primeiro é o gargalo da eficiência de conversão de energia. Na explicação acima, há uma palavra-chave: comprimento de onda de 13,5nm. Isso significa que, comparado à fonte de luz de 193nm usada nas atuais máquinas de litografia DUV mainstream, a fonte de luz EUV é apenas um quinze avos disso, permitindo gravar canais menores em wafers de silício. Atualmente, a ASML usa principalmente lasers de dióxido de carbono da empresa americana Cymer para excitar plasma de estanho e produzir luz ultravioleta extrema de 13,5nm. A eficiência de conversão do laser para o plasma de estanho é de 5,5%, mais a eficiência eletro-óptica do próprio laser de dióxido de carbono é de cerca de 10%, e considerando a perda de transmissão do espelho coletor, a utilização real de luz EUV da rede para o wafer é geralmente inferior a 0,5%.
Segundo é a contaminação por detritos de estanho. Durante a geração de plasma, íons de estanho e detritos neutros pulverizados em alta velocidade depositam-se continuamente na superfície do espelho coletor multicamadas extremamente caro, causando diminuição da refletividade e redução da vida útil.
Terceiro é o teto de potência. A atual fonte de luz LPP-EUV atingiu uma potência máxima de EUV de cerca de 600W. No entanto, para atender às necessidades de fabricação dos nós de 2nm e abaixo, a potência de EUV necessária precisa exceder 1,5 quilowatts. Nesta fase, o EUV de especificação de 500-600W depende principalmente de múltiplas exposições para acumular dose de fótons para compensar a deficiência da potência da fonte de luz.
Em fevereiro deste ano, a ASML anunciou que planeja introduzir um novo sistema de fonte de luz com potência de até 1000W antes de 2030, aumentando a eficiência de produção da próxima geração de máquina de litografia EUV de alta abertura numérica (high-NA) em 50%. Até 2030, a capacidade de processamento de wafers de um único dispositivo EUV aumentará de 220 wafers por hora para 330 wafers por hora.
Comparado com a tecnologia LPP, o FEL não depende da conversão de plasma. FEL significa laser de elétrons livres. Todo o sistema de fonte de luz consiste em um canhão de elétrons que emite um feixe de elétrons inicial, que é acelerado até perto da velocidade da luz por um acelerador linear (soluções avançadas frequentemente usam aceleradores lineares supercondutores). O feixe de elétrons relativístico de alta densidade entra em um ondulador composto por um campo magnético alternado periódico. Os elétrons oscilam transversalmente sob o campo magnético e produzem radiação espontânea; o campo de luz de radiação modula continuamente o feixe de elétrons, fazendo com que os elétrons formem micro-agrupamentos com um período igual ao comprimento de onda da radiação. Os elétrons micro-agrupados produzem radiação coerente e formam feedback positivo, e a intensidade da radiação aumenta exponencialmente; com técnicas como injeção de semente, o sistema pode, em última análise, emitir um feixe de EUV de comprimento de onda estável.
Portanto, o comprimento de onda da luz ultravioleta extrema produzida pelo FEL é considerado uma banda candidata para a litografia de próxima geração. Esta banda é mais curta que o comprimento de onda EUV atual de 13,5nm e está próxima da faixa de raios-X moles. De acordo com informações públicas, o objetivo técnico da xLight é sintonizar com precisão na banda Blue-X (também chamada de banda "além do EUV") de 2-7 nanômetros.
Além disso, não há processo de bombardeamento de gotas de metal de estanho ou pulverização de plasma dentro de todo o caminho óptico, portanto a câmara de vácuo do caminho óptico não terá deposição de detritos metálicos. A fonte de luz EUV-FEL também pode produzir alta potência de EUV superior a 10 kW. Ela pode fornecer mais de 1000W de potência de EUV para 10 máquinas de litografia EUV simultaneamente, sem causar contaminação de estanho nos espelhos refletores Mo/Si.
03 As regras do jogo das máquinas de litografia foram reescritas?
Descascando a casca da indústria de litografia, três trajetórias técnicas claras podem ser vistas: a iteração incremental do EUV, a inovação da fonte de luz do EUV e alternativas não-EUV. As três coexistem, mas a iteração do EUV ainda é o protagonista absoluto, e as duas últimas são mais como "movimentos inesperados" no jogo de xadrez.
Primeiro campo: a iteração incremental da ASML ainda é o protagonista absoluto.
A ASML ainda controla firmemente a trilha principal. No primeiro trimestre deste ano, as vendas líquidas foram de 8,8 bilhões de euros e o lucro líquido foi de 2,8 bilhões de euros; no segundo trimestre, as vendas líquidas totais foram de 9,326 bilhões de euros e o lucro líquido foi de 2,918 bilhões de euros. Ao mesmo tempo, a ASML também elevou significativamente sua orientação de desempenho anual pela segunda vez no ano, aumentando substancialmente a previsão de vendas para o ano inteiro de 2026 para 43-45 bilhões de euros.
Como o fabricante de equipamentos de litografia mais central no upstream da fabricação de wafers, o desempenho crescente da ASML reflete a corrida armamentista que está ocorrendo em toda a indústria de tecnologia. Entre eles, Amazon, Google, Microsoft e outros gigantes investiram centenas de bilhões de dólares em infraestrutura, acendendo uma enorme demanda downstream por chips de IA de alto desempenho. As fábricas de wafers, incluindo lógica e memória, estão acelerando a expansão de capacidade, empurrando a demanda por máquinas de litografia a um ponto de febre.
A expansão de capacidade também é agressiva. A empresa planeja aumentar a capacidade em 30% em 2027 com base no plano de capacidade de 2026 de cerca de 65 unidades EUV de baixa abertura numérica (low-NA), e está estudando um aumento adicional de 30% em 2028. Ao mesmo tempo, planeja aumentar a capacidade em 30% em 2027 com base no plano de capacidade de 2026 de cerca de 130 unidades DUV de imersão, e está estudando um aumento adicional de 30% em 2028.
O EUV de alta abertura numérica (high-NA) é o "trunfo" da próxima geração da ASML. Ele usa um sistema óptico de abertura numérica de 0,55, alcançando resolução de 8nm, suportando tecnologias de processo de 3nm e abaixo, e fornecendo reservas técnicas para o nó de 1nm. O dispositivo melhora a precisão da gravação de circuitos em 1,7 vezes através de exposição única, aumenta o contraste de imagem em 40% e alcança uma densidade de transistores 2,9 vezes maior que o sistema anterior, efetivamente reduzindo o consumo de energia do chip e melhorando a velocidade de computação.
No entanto, como um único dispositivo EUV de alta NA custa cerca de US$ 400 milhões, quase o dobro das máquinas de litografia EUV tradicionais, e a integração das linhas de produção é extremamente difícil do ponto de vista técnico, a aplicação do EUV de alta NA não é muito ideal. O vice-presidente sênior e vice-co-COO de Desenvolvimento de Negócios e Operações Globais da TSMC, Zhang Xiaoqiang, disse à mídia em uma coletiva de imprensa antes do fórum anual de tecnologia que a empresa atualmente não tem planos de implantar o equipamento EUV de alta NA da ASML, projetado para processadores de próxima geração.
Segundo campo: Inovação na fonte de luz - atingindo precisamente o "coração" da ASML.
Esta é a rota FEL escolhida pela TeraFab e xLight, de Musk. Em vez de desafiar diretamente o domínio da ASML em máquinas de litografia óptica, eles buscam avanços no segmento de fonte de luz. Isso significa que os fabricantes de chips não precisam fazer substituições em larga escala dos equipamentos existentes de litografia, gravação, deposição, inspeção e outros equipamentos de suporte; eles só precisam substituir o sistema de fonte de luz para obter melhorias significativas na produtividade e no custo - esse caminho de atualização "plug-and-play" é altamente atraente para as fabs de wafer.
A xLight afirma que seu sistema FEL tem mais de 4 vezes a potência dos sistemas existentes. Implantar o FEL da xLight nas fabs de wafer existentes nos EUA pode aumentar a eficiência da produção em 50% e eliminar a necessidade de consumíveis como estanho ou hidrogênio; enquanto implantar o FEL da xLight em novas fabs de wafer pode aumentar a eficiência da produção em 100%. Isso permitirá que os fabricantes produzam chips com dimensões de recurso menores e maior eficiência, estendendo assim a tecnologia de litografia de próxima geração.
Se a fonte de luz puder ser substituída de forma independente, o poder de barganha da ASML será estruturalmente enfraquecido. No entanto, vale a pena notar que a ASML considerou a rota de fonte de luz EUV FEL já há dez anos, mas acabou considerando-a muito arriscada e optou pela fonte de luz EUV LPP. Portanto, se e quando os problemas de produção em massa do FEL podem ser superados ainda pode exigir tempo para explorar.
Além disso, existem outras rotas de fonte de luz. Por exemplo, a startup de São Francisco Substrate, fundada em 2022, escolheu um caminho de litografia de raios X baseado em acelerador de partículas. A China também está avançando sua própria tecnologia de fonte de luz EUV. De acordo com informações públicas, várias equipes domésticas estão explorando diferentes caminhos técnicos, incluindo engenharia reversa da tecnologia LPP existente, com o objetivo de alcançar avanços entre 2028 e 2030.
Entre eles, instituições como o Instituto de Tecnologia de Harbin estão tentando desenvolver uma solução de litografia baseada em plasma de descarga induzida por laser (LDP). O princípio é evaporar estanho entre eletrodos e depois excitar o plasma através de descarga de alta tensão. A estrutura é mais simples e ocupa menos espaço que o LPP, mas a densidade de potência luminosa é limitada, e se pode suportar a produção em massa ainda é questionável.
Terceiro campo: soluções não tradicionais que contornam completamente o EUV estão crescendo nas sombras.
A litografia por nanoimpressão (NIL) é a que tem o progresso comercial mais rápido. Ao imprimir diretamente padrões com um modelo físico, a NIL não requer sistemas ópticos e fontes de luz complexos, e seu custo de equipamento e consumo de energia são muito menores que os do EUV. O fabricante japonês Canon já promoveu a aplicação de produção em massa da NIL no campo de chips de memória. Embora sua resolução ainda não possa competir com o EUV de alta NA, a NIL demonstrou competitividade de custo no mercado de chips de memória, onde os requisitos de largura de linha são relativamente tolerantes.
A litografia por feixe de elétrons (EBL) segue um caminho completamente diferente. A litografia por feixe de elétrons é essencialmente uma tecnologia de escrita direta que usa um feixe de elétrons focado para expor ponto a ponto em um fotorresiste, delineando padrões com precisão através de controle eletromagnético. Este método não depende de máscaras e é altamente vantajoso no estágio de P&D, onde os designs são iterados com frequência, especialmente adequado para cenários como dispositivos quânticos, estruturas de novos materiais, chips protótipo e fabricação de máscaras.
Mas até agora, a litografia por feixe de elétrons existe há muito tempo em aplicações científicas e de pequena escala, não por causa da resolução, mas por causa da eficiência. A escrita direta por feixe de elétrons é um processo de exposição serial; mesmo que a precisão de ponto único seja alta, a produtividade geral permanece limitada, o que é inaceitável na produção em massa em nível de wafer. No entanto, no estágio de P&D, essa característica "lenta" na verdade traz flexibilidade extremamente alta. Para equipes de pesquisa que precisam modificar layouts repetidamente, verificar modelos físicos ou explorar novas estruturas de dispositivos, eliminar o processo de fabricação de máscaras é muitas vezes mais importante do que aumentar a velocidade de exposição.
Hoje, o EUV se assemelha cada vez mais a um veterano que está correndo há muito tempo. Os gargalos técnicos são reais, mas também é real a rede de ecossistema que a ASML teceu ao redor dele nas últimas duas décadas. Novos jogadores querem entrar no jogo; não basta correr rápido sozinho - eles também precisam que toda a pista mude suas regras junto com eles.
O plano TeraFab de Musk é essencialmente uma grande aposta: apostar que o FEL pode sair do laboratório para a fábrica de wafers, que a substituição de fonte de luz "plug-and-play" pode contornar as barreiras de patentes da ASML, e que a demanda por 1 terawatt de poder computacional é suficiente para sustentar uma cadeia de suprimentos totalmente nova.
Como a próxima geração de tecnologia de litografia deve se desenvolver, a resposta pode não estar longe. Mas uma coisa é certa—quando Musk postou "FEL FTW" nas redes sociais, o negócio de máquinas de litografia não era mais exclusivo da ASML.
Este artigo é do perfil público do WeChat "Observação da Indústria de Semicondutores" (ID: ICViews), autor: Feng Ning.
