Toen de Chinese chipproducent SMIC in 2018 een EUV-machine bestelde bij ASML, greep de Amerikaanse overheid in om de verkoop te blokkeren. Vijf jaar later, te midden van een niet aflatende aanscherping van de exportcontroles, waarschuwde toenmalig ASML-CEO Peter Wennink voor een onvermijdelijke tegenreactie: China zou gedwongen worden om de meest geavanceerde chipproductietechnologie ter wereld zelf te ontwikkelen.
Die waarschuwing wordt nu werkelijkheid. Er is naar verluidt een werkend prototype in Shenzhen, het product van een Chinees ‘Manhattan Project’, een knipoog naar de koortsachtige race tijdens de Tweede Wereldoorlog om de atoombom te bouwen. Net zoals wetenschappers onder Amerikaanse leiding, van wie velen vluchtelingen waren uit bezet Europa, tussen 1942 en 1945 zowel nazi-Duitsland als hun eigen Sovjet-bondgenoten te snel af waren om kernfusie te beheersen, wil Beijing de kloof tussen theorie en praktijk in halfgeleiders met een vergelijkbare snelheid overbruggen. Indien succesvol, zouden Chinese EUV-processoren al in 2028 hun debuut kunnen maken. Het zou de eerste keer zijn dat dergelijke chips volledig onafhankelijk van ASML in Veldhoven worden geproduceerd.
Ex-ASML’ers
ASML leverde haar eerste EUV-lithografiemachine in 2010, hoewel dat nog een prototype was. EUV-lithografie, kort voor Extreme Ultraviolet, is pas sinds 2017-18 geschikt voor massaproductie. Momenteel worden EUV-machines uitsluitend gebruikt in Taiwan (TSMC), Zuid-Korea (Samsung) en de VS/Europa (Intel). Het zijn gigantische, energievretende en peperdure systemen, maar hun ongekende precisie, bereikt door lasers die werken in de verste uithoeken van het lichtspectrum, maakt ze onmisbaar voor de meest geavanceerde chips. China, en specifiek haar nationale kampioen SMIC, heeft nooit toegang tot deze machines gekregen. In plaats daarvan vertrouwt het voor massaproductie uitsluitend op DUV-machines en mag het, na Nederlandse en Amerikaanse exportverboden, inmiddels zelfs de nieuwste DUV-modellen van ASML, Canon of Nikon niet meer aanschaffen.
We hebben eerder geschreven over de pogingen van China om deze barrières te omzeilen. Door DUV-apparatuur tot het uiterste te drijven, benaderde SMIC de 7-nanometer grens, een drempel die doorgaans is voorbehouden aan EUV. Hoewel de resulterende Huawei Kirin 9000S-chip niet bijzonder indrukwekkend was vergeleken met wereldwijde concurrenten, was de methodologie erachter dat wel: de inherente beperkingen van DUV werden slim omzeild. Slimme tactieken kunnen de natuurwetten echter niet buigen; de scherpe focus van het extreem ultraviolette spectrum kent geen werkelijk substituut in de DUV-technologie.
Deze beperkte doorbraak gaf de buitenwereld een signaal dat Beijing waarschijnlijk allang kende: China moest zijn eigen EUV-ecosysteem bouwen. Voormalig ASML-CEO Peter Wennink waarschuwde exact voor dit scenario: “Je dwingt ze om heel innovatief te worden,” vertelde hij Nieuwsuur in september 2023. “Zij komen met oplossingen waar wij nog niet aan gedacht hebben.”
Wat hij misschien niet wist, maar waarschijnlijk wel vermoedde, was dat sommige van zijn eigen ex-medewerkers de Chinese doorbraak zouden helpen te bewerkstelligen. Volgens twee Reuters-bronnen hielpen voormalige ASML-ingenieurs bij het reverse-engineeren van EUV-lithografie. Deze stap leek bijna onvermijdelijk, aangezien de specifieke oplossingen die in Veldhoven zijn ontwikkeld, niet eenvoudig te kopiëren zijn. Hoewel de principes van EUV-lithografie geworteld zijn in de natuurwetten, heeft alleen ASML de engineering onder de knie gekregen die nodig is om die principes om te zetten in een functioneel product, een prestatie die de Japanse rivalen Nikon en Canon nooit hebben geleverd.
‘Vele, vele jaren’
Wenninks opvolger, de Fransman Christophe Fouquet, biedt een iets ander perspectief. In april sprak de nieuwe ASML-topman over de noodzaak voor China om “vele, vele jaren” aan onderzoek en ontwikkeling te besteden voor een levensvatbaar alternatief. Het recente Reuters-rapport laat blijken hoe lang dat precies zou kunnen zijn. Hoewel de vooruitzichten op functionele chips in 2028 een optimistisch beeld schetsen, lijkt 2030 steeds realistischer.
Het doel is verder onmiskenbaar helder. Bronnen geven aan dat president Xi Jinping de Amerikaanse, en daarmee de westerse, invloed uit de gehele keten van chipproductie wil zuiveren. Het huidige werkende prototype is het resultaat van zes jaar intensieve, door de staat geleide investeringen om deze onafhankelijkheid veilig te stellen.
Om de geheimhouding te bewaren, kregen de betrokken ex-ASML’ers naar verluidt identiteitskaarten met aliassen, naast aanzienlijke tekenbonussen. Net als bij het oorspronkelijke Manhattan Project werd elke mijlpaal behandeld als staatsgeheim. Het team zou bestaan uit recent gepensioneerde Chinese ASML-ingenieurs, die de gespecialiseerde expertise bezitten om het meest ambitieuze reverse engineering-project in de geschiedenis uit te voeren.
Het grote voordeel van China is het vermogen om gedurende “vele, vele jaren” ook vele, vele yuans in dit project te pompen. Mocht het prototype uiteindelijk evolueren naar een machine voor massaproductie, dan kunnen eventuele inefficiënties waarschijnlijk worden gecompenseerd door nagenoeg oneindige staatssubsidies. De fundamentele horde blijft echter de toeleveringsketen. Een EUV-systeem is slechts zo goed als de componenten van een wereldwijd netwerk van gespecialiseerde leveranciers; vele van hen, zoals Carl Zeiss met zijn wereldleidende optische systemen, hebben in feite ook een monopolie zoals ASML dat heeft, maar binnen de eigen specialisatie. In dat opzicht moet China meer doen dan alleen een machine bouwen. Het moet het volledige ecosysteem van ASML repliceren.
De werkelijke achterstand
De berichtgeving is alarmerend voor Amerikaanse beleidsmakers die de technologische opmars van China willen indammen. Toch blijft de exacte omvang van de Chinese progressie onduidelijk. Hoewel bekend is dat ASML ooit aanbood om activiteiten in China te monitoren voor de VS, en eerder een Russische spion in de eigen gelederen ontdekte, merkt Reuters op dat voormalige werknemers een blinde vlek vormen. ASML heeft simpelweg de autoriteit niet om alumni te volgen. De gerapporteerde betrokkenheid van Lin Nan, ASML’s voormalige hoofd lichtbrontechnologie, bij dit nieuwe Manhattan Project dient als een duidelijk voorbeeld van de cruciale expertise die Veldhoven nu ontglipt.
Experts wijzen erop dat China niet vanaf nul begint. In tegenstelling tot ASML in de jaren voorgaand aan 2010, hebben de Chinezen al een proof of concept. Ze weten daarnaast dat EUV-lithografie op commerciële schaal haalbaar is. Met ex-ingenieurs die de blauwdrukken uit eigen geheugen grotendeels kennen, verschuift de primaire onzekerheid naar de toeleveringsketen. Kan China het web van hooggespecialiseerde leveranciers volledig kopiëren? Als dat al lukt, verschuiven de obstakels naar de operationele realiteit. De energie-eisen voor EUV zijn gigantisch, des te meer voor High-NA EUV, de nieuwste grens in de industrie. Terwijl ASML deze technologie al vijftien jaar doorleeft, blijft haar officiële reactie karakteristiek kort: de poging om een EUV-alternatief te bouwen wordt “geen geringe prestatie” genoemd.
Dit stadium bereiken is inderdaad een prestatie, maar de echte test ligt nog voor ons. Het wordt steeds duidelijker dat China op een dag geavanceerde processoren zal bouwen zonder ASML. De ambities zijn enorm, maar de uitdagingen zijn grotendeels onbekend en de huidige voortgang is op zijn minst vaag. Het ontbreken van werkende chips tot nu toe is niet verrassend, maar als ze vóór 2030 slagen, zullen Fouquets “vele, vele jaren” opeens een heel kort tijdsbestek blijken.
Momenteel lijkt China zich in de ontwikkelingsfase te bevinden waar ASML tussen 2001 en 2010 doorheen bewoog. ASML bouwde haar eerste werkende prototype in 2001, in 2010 ontving TSMC het eerste commerciële systeem. We kunnen verwachten dat China dat gat van negen jaar veel sneller zal dichten dan dat, gevoed door de expertise van ex-ASML’ers en decennia aan wereldwijde wetenschappelijke vooruitgang. De daaropvolgende sprong naar massaproductie, een mijlpaal die ASML in 2017 bereikte, zal waarschijnlijk ook veel korter duren dan 7 jaar. Dan begint de race om High-NA EUV in te halen. Tegen die tijd zal Veldhoven de doelpalen echter opnieuw hebben verplaatst, vermoedelijk met een een efficiëntere High-NA EUV-generatie en meer kennis van de toekomstige opvolger Hyper-NA EUV. Uiteindelijk is het voor China niet langer de vraag of ze zullen slagen, maar wanneer. Voor ASML is de vraag hoe groot het de voorsprong kan houden.
Lees ook: Hoe ASML de spil van de chipwereld werd