في هدوء مدينة آيندهوفن الهولندية، تقع مقرات شركة ASML، الشركة الوحيدة في العالم المتخصصة في صناعة آلات الليثوغرافيا الضرورية لإنتاج رقائق الذكاء الاصطناعي المتطورة. يبلغ وزن أحدث ابتكاراتها 150 طناً، بحجم حاويتي شحن، وبسعر يصل إلى 350 مليون دولار، لتشكل بذلك أكثر الآلات تطوراً المتاحة للبيع عالمياً.
في قلب المعركة التقنية العالمية
وضعت خبرة الشركة الهولندية اسمها في محور الصراع التقني العالمي، حيث منعت الولايات المتحدة ASML من بيع أحدث معداتها للشركات الصينية المصنعة للرقائق، بهدف إعاقة قدرة الصين على تصنيع رقائق ذكاء اصطناعي متطورة. ورداً على ذلك، تضخ الصين مليارات الدولارات لتطوير بدائل محلية، بينما تراهن شركة كانون اليابانية على تقنية أبسط وأرخص لكسر هيمنة ASML.
لكن على عكس صناعة البرمجيات التي قد تتغير فيها الريادة خلال أشهر، فإن النجاح في مجال الليثوغرافيا سباق بطيء يُقاس بالعقود. والرهان كبير: السيطرة على الآلة التي ستشكل مستقبل الحوسبة والذكاء الاصطناعي والتقنية بشكل عام.
تقنية تتحدى الخيال
تعمل آلة ASML المتطورة بإطلاق 50 ألف قطرة من القصدير المنصهر داخل غرفة مفرغة. تتعرض كل قطرة لضربتين – الأولى من نبضة ليزر ضعيفة تسطحها، والثانية من ليزر قوي يبخرها. تتحول كل قطرة إلى بلازما ساخنة تصل درجة حرارتها إلى نحو 220 ألف درجة مئوية، أي 40 ضعف حرارة سطح الشمس، وتنبعث منها أشعة ذات طول موجي قصير للغاية (الأشعة فوق البنفسجية الشديدة EUV).
تنعكس هذه الأشعة عبر سلسلة من المرايا فائقة النعومة، حيث تقاس عيوبها بجزء من تريليونات من المتر. وتركز المرايا الضوء على قناع يحتوي مخططات دوائر الرقاقة، ثم تنعكس الأشعة من القناع إلى شريحة سيليكون مطلية بمواد كيميائية حساسة للضوء، لتطبع التصميم على الرقاقة.
أهمية حاسمة للصناعة
أصبحت أدوات ASML ضرورية لصناعة الرقائق الحديثة، حيث تعتمد عليها شركات مثل TSMC وسامسونج وإنتل لإنتاج المعالجات المتطورة، من معالجات الذكاء الاصطناعي إلى رقائق الهواتف الذكية. ولا توجد شركة أخرى تصنع آلات يمكنها طباعة رقائق بدقة 7 نانومتر وأقل بشكل موثوق.
تشبه الرقاقة الإلكترونية طبقات اللازانيا: قاعدة من الترانزستورات تعلوها طبقات من أسلاك النحاس لنقل البيانات والطاقة. ويمكن للمعالج المتطور احتواء أكثر من 100 مليار ترانزستور، وأكثر من 70 طبقة، وأكثر من 100 كيلومتر من الأسلاك، كل ذلك على قطعة سيليكون بحجم طابع بريدي تقريباً.
تحديات التطوير المستمر
على الرغم من تعقيد آلة ASML، فإن مبدأها الأساسي يشبه جهاز عرض الشرائح القديم: يمر الضوء عبر استنسل ليعرض صورة على سطح، ويعتمد أصغر عنصر يمكن لأداة الليثوغرافيا البصرية طباعته على عاملين رئيسيين: الطول الموجي للضوء والفتحة العددية للمرايا.
استخدمت أنظمة ASML القديمة ضوء الأشعة فوق البنفسجية العميقة (DUV) بأطوال موجية بين 248 و193 نانومتر، منتجة عناصر صغيرة تصل إلى 38 نانومتر. للحصول على حجم أصغر، تحولت الشركة إلى ضوء EUV، بطول موجي 13.5 نانومتر، وهي تقنية استغرق تطويرها عقدين كاملين.
تستخدم أحدث أنظمة ASML، المسماة high-NA EUV، مرايا بفتحة 0.55، مما يسمح بطباعة عناصر صغيرة تصل إلى 8 نانومتر. وتدرس الشركة حالياً تقنية hyper-NA برفع الفتحة إلى أكثر من 0.75، مع استخدام ضوء EUV الحالي.
المنافسة والبدائل
تحاول الصين، المحرومة من أدوات التصنيع الأكثر تطوراً، استخلاص المزيد من آلات ASML الأقدم التي يمكنها استيرادها. إحدى الطرق هي التنميط المتعدد، حيث يتم تقسيم النمط إلى مراحل حفر متعددة، مما يسمح للآلة بطباعة تفاصيل أصغر بمرتين أو أربع مرات.
كما تحاول الصين بناء أدوات الليثوغرافيا الخاصة بها. فشركة SMEE المملوكة للدولة تحرز تقدماً في تطوير آلة قادرة على إنتاج رقائق 28 نانومتر باستخدام ضوء DUV. لكن تطوير نظام EUV يمثل تحدياً مختلفاً تماماً، إذ يتطلب تكرار سلسلة التوريد الضخمة لـ ASML التي تمتد إلى أكثر من 5000 مورد متخصص.
كما أن شركة كانون، التي كانت رائدة في الصناعة سابقاً، تراهن على بديل آخر. تقنية الليثوغرافيا بالطباعة النانوية (NIL) تختم أنماط الدوائر مباشرة على الرقائق، مثل آلة الطباعة. نظرياً، يمكن أن تخلق هذه التقنية عناصر بدقة نانومترية، وتوفر منافساً منخفض التكلفة لآلات ASML.
وتقدّر كانون أن تكلفة نهجها أقل بحوالي 40% من آلة مماثلة من ASML. لكن لكي تصبح تقنية NIL سائدة في صناعة الرقائق، يجب أن تتغلب على عدة تحديات، منها العيوب والمحاذاة والإنتاجية. وحتى الآن، حققت التقنية نجاحاً أكبر خارج تصنيع أشباه الموصلات، خاصة في صناعة شاشات الهواتف الذكية والمكونات عالية الدقة الأخرى.
مع استمرار الابتكار في هذا المجال، قد تساعد هذه التقنيات الشركات على تصميم رقائق أسرع وأكثر كفاءة في استهلاك الطاقة، قادرة على تشغيل جيل جديد من نماذج الذكاء الاصطناعي. وإذا لم تتوخ ASML الحذر، فقد لا تحتفظ «أهم آلة في العالم» بلقبها إلى الأبد.
تابع عالم التقنية على
