SMIC ya tiene lista la tecnología de fabricación de chips más avanzada de China: qué ha conseguido y a qué precio

SMIC (Semiconductor Manufacturing International Corp) es el fabricante de semiconductores más importante de China. Actualmente tiene una cuota de mercado ligeramente superior al 5%, lo que lo coloca cerca de Samsung, que tiene una cuota del 7,2%, y en tercera posición global por delante de Intel, GlobalFoundries o UMC. En septiembre de 2023 esta compañía se colocó en el centro de atención al oficializar que había sido capaz de fabricar un chip de 7 nm, el SoC Kirin 9000S para Huawei, utilizando los equipos de litografía de ultravioleta profundo (UVP) de ASML.

Este hito, como cabía esperar, puso a SMIC en el punto de mira del Gobierno de EEUU. Y lo hizo porque la Administración estadounidense no esperaba que un fabricante chino de circuitos integrados fuese capaz de producir chips avanzados sin tener acceso a las máquinas de fotolitografía de ultravioleta extremo (UVE) de ASML. Las sanciones de EEUU y Países Bajos impiden a esta compañía neerlandesa entregar sus equipos más sofisticados a sus clientes chinos, por lo que SMIC se ha visto obligada a tirar de ingenio para producir sus semiconductores.

Sus circuitos integrados de 7 nm son el resultado de una técnica perfectamente conocida por los fabricantes de chips: el multiple patterning. Su estrategia consiste, a grandes rasgos, en transferir el patrón a la oblea en varias pasadas con el propósito de incrementar la resolución del proceso litográfico. Tiene un impacto al alza en el coste de los chips y a la baja en la capacidad de producción, pero funciona. De hecho, SMIC ya tiene lista la tecnología de integración más avanzada de China, el nodo N+3, y la está utilizando para fabricar el SoC HiSilicon Kirin 9030 para Huawei.

SMIC ha alcanzado la densidad lógica del nodo N6 de TSMC

SMIC ha llegado más lejos de lo que podíamos prever en 2023, cuando inició la fabricación del SoC Kirin 9000S. SemiAnalysis ha publicado el primer informe público elaborado por su nuevo laboratorio de ingeniería inversa STEEL, con sede en Oregón (EEUU), después de haber desmontado el SoC HiSilicon Kirin 9030 integrado en el smartphone Mate 80 Pro de Huawei. Sus conclusiones son interesantísimas porque reflejan con claridad hasta dónde ha llegado el nodo N+3 de SMIC, y también cuáles son sus limitaciones.

Esta compañía china ha logrado algo que parecía improbable hace apenas tres años: alcanzar la densidad lógica del nodo N6 de TSMC sin acceso a la litografía UVE. Lo ha conseguido gracias a la combinación de un multiple patterning UVP extremadamente agresivo y una optimización de diseño y tecnología llevada al límite. Esa combinación permite a la tecnología N+3 lograr una densidad de transistores de 113,4 MTr/mm², ligeramente por encima de los 107,7 MTr/mm² del nodo N6 de TSMC, que sí utiliza litografía UVE. Es un logro de ingeniería genuino conseguido con herramientas de una generación anterior.

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Las imágenes de sección transversal (son unos cortes microscópicos del chip que permiten medir sus estructuras internas) revelan hasta dónde ha llegado SMIC exprimiendo la litografía UVP. Los transistores del nodo N+3 tienen los fines más altos y estrechos que los del nodo N6 de TSMC: una relación de aspecto de 9,5:1 frente a 7,8:1, con los bordes superiores más afilados y menos redondeados. Y, además, las celdas lógicas son también un 5% más bajas. Los fines (fins, en inglés) son las láminas verticales y ultrafinas de silicio que constituyen el cuerpo del transistor en los diseños FinFET.

Para conseguirlo, SMIC ha aplicado tres técnicas de optimización: ha eliminado los fines sobrantes donde no son necesarios, ha conectado directamente los contactos sobre la puerta activa, y, por último, ha cortado las difusiones de una forma quirúrgica. Combinadas con el cuádruple patterning UVP, estas técnicas permiten a SMIC aproximarse a lo que logra la litografía UVE con menos pasos y un mayor margen de proceso, pero por un camino mucho más laborioso.

Los controles de exportación no han detenido a China; han cambiado el problema que tiene que resolver. SMIC ha alcanzado la densidad del nodo N6 sin litografía UVE, pero a mayor coste, menor madurez de proceso y menor eficiencia energética. Y Huawei, por su parte, ha conseguido compensar con arquitectura, empaquetado avanzado y optimizaciones la imposibilidad de acceder a nodos litográficos de vanguardia.

Como consecuencia de todo lo que acabamos de ver, el conocimiento se está distribuyendo. Y es que el Gobierno chino está obligando a SMIC a licenciar sus procesos N+2 y N+3 a Hua Hong Semiconductor, lo que transforma una ventaja concentrada en un solo fabricante en un activo del ecosistema de los semiconductores. Las sanciones diseñadas para aislar a SMIC se han vuelto menos eficaces en la medida en que el conocimiento acerca de los procesos de fabricación se ha extendido a otros fabricantes de chips y diseñadores de semiconductores.

Imagen | SMIC

Más información | SemiAnalysis

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