Ein Schulabbrecher fordert gleichzeitig ASML und TSMC heraus.
In den letzten zehn Jahren wurde die Produktion von Halbleitern von einer Maschine in der Größe eines Schulbusses durchgeführt. Diese Maschine nutzt Licht, um Muster auf Siliziumwafer in einer sterilen Fabrik mit einer Investition von 25 Milliarden US - Dollar zu ätzen. Diese von der niederländischen Firma ASML hergestellte Maschine ist für die Chips in Smartphones und Künstlichen Intelligenzsystemen so wichtig, dass Washington ihre Vermarktung tatsächlich eingeschränkt hat.
Der amerikanische Mann James Proud, der keinen Hochschulabschluss hat (er hat die Hochschule abgebrochen), behauptet, dass seine Firma über 100 Millionen US - Dollar von Investoren erhalten hat und eine Lösung entwickelt hat, die die Herstellungskosten halbieren kann. Dies geschieht, indem das Licht aus einem riesigen Instrument eines Teilchenbeschleunigers in ein Auto - großes Werkzeug geleitet wird.
Dem Bericht zufolge kann diese Technologie es der Firma Substrate ermöglichen, hochauflösende Mikrochipschichten zu drucken, deren Auflösung mit den Bildern vergleichbar ist, die von den weltweit führenden Halbleiterfabriken hergestellt werden.
„Ich plane, Produkte herzustellen, die die fortschrittlichen Lithografieanlagen der niederländischen Firma ASML (zur Ätzung von Mikrotransistoren auf Siliziumscheiben) und die großen Fertigungsstätten von TSMC ersetzen können.“ sagte James Proud. Er erklärte, dass die Verwirklichung dieser Ziele „hunderte von Millionen von Dollar“ kosten würde.
Ein Unternehmen, das von Peter Thiel unterstützt wird
Obwohl James Proud wenig bekannt ist, haben seine Unterstützer einen großen Ruf.
Dem Bericht zufolge gehören die Investoren von Substrate zu denjenigen, darunter das Founders Fund von Peter Thiel, General Catalyst und In - Q - Tel (eine staatliche gemeinnützige Organisation, die neue Technologien für die amerikanischen Verteidigungs - und Nachrichtendienste finanziert). Bei dieser Runde von Finanzierungen wurde das Unternehmen auf über eine Milliarde US - Dollar bewertet.
Dennoch steht dieses Startup auch nach der Finanzierung vor Zweifeln von Seiten staatlicher Wissenschaftler und der gesamten Halbleiterindustrie. Sie bezweifeln, ob es in den drei Jahren, in denen es die ersten Chips herstellen will, die komplexe und kapitalintensive Halbleiter - Lieferkette replizieren kann.
Das Unternehmen gibt an, dass es einen Schlüsselbereich des Mikrochip - Herstellungsprozesses grundlegend umgestaltet hat und plant, mit seiner Innovation Fertigungsstätten in den USA aufzubauen. Sein ambitioniertes Vorhaben hat die Aufmerksamkeit der Trump - Regierung erregt, die es als dringliche nationale Sicherheitspriorität ansieht, die Abhängigkeit der USA von ausländischen Lieferanten zu verringern.
Im Jahr 2011 zog Proud als Mitglied des ersten Thiel Fellowship - Programms von London nach San Francisco. Dieses Programm wurde vom Risikokapitalisten Peter Thiel gegründet, um ambitionierten Unternehmern eine Alternative zur Hochschule zu bieten. Proud verkaufte seine erste Firma, eine Dienstleistungsfirma, die Musikliebhabern half, Konzerttickets zu finden und zu kaufen. Seine zweite Startup - Firma, Hello, eine Firma, die Schlafüberwachungsgeräte herstellte, ging nach dem Verkauf eines Teils ihrer Technologie an Fitbit bankrott.
Im Jahr 2019 begann Proud, ein weiteres Startup zu gründen, das Geräteherstellern hilft, und er begann, die Halbleiter - Lieferkette zu untersuchen. In diesem Jahr bekam er auch die amerikanische Staatsbürgerschaft und schrieb für die erste Regierung von Trump eine Politikdokument, in dem er von einem „Manhattan - Projekt“ für die amerikanische Chip - Industrie plädierte. Proud sagte, er habe Regierungsbeamten gesagt: „Das wird ein Problem sein, und es wird noch schlimmer werden.“
Nachdem die Trump - Regierung TSMC überredet hatte, eine Fabrik in Arizona zu bauen, beschloss Proud, seine eigene Firma zu gründen. Er und sein 25 - jähriger Bruder Oliver begannen, Bücher und wissenschaftliche Artikel über Halbleiterlithografie zu lesen. Sie fragten sich, warum dieser Prozess so kompliziert und teuer geworden ist.
Moderne Lithografieanlagen haben über 100.000 Teile. Einer der Hauptkostenfaktoren besteht darin, wie man Hochleistungslaser verwendet, um geschmolzene Zinntröpfchen in extrem ultraviolettes Licht umzuwandeln. Diese Maschinen nutzen diese Lithografie - Technologie, um Siliziumwafer zu ätzen. Dieser Prozess wird EUV - Lithografie genannt.
Ein anderer Prozess, der noch nie kommerzialisiert wurde, betrifft Teilchenbeschleuniger. Diese Maschinen werden hauptsächlich von Forschern verwendet und können als Lichtquelle dienen, um Muster auf Wafern zu erzeugen. Dieser Prozess wird Röntgenlithografie genannt. ASML hat diese Technologie getestet, aber schließlich aufgegeben.
Die Brüder Proud glauben, dass es durch einen maßgeschneiderten Teilchenbeschleuniger und ein Lithografie - Werkzeug kommerzialisiert werden kann. Im Januar 2022 gründeten sie gemeinsam die Firma Substrate in San Francisco.
Herr Proud hatte zuvor noch nie einen Teilchenbeschleuniger benutzt. Deshalb hat er einen Teilchenphysiker und einen Optiker eingestellt, der in einem amerikanischen Nationallabor mit Teilchenbeschleunigern gearbeitet hat. Das Team wuchs später auf 50 Personen an, darunter einige Ingenieure von TSMC, IBM und Google.
Das Betriebsgebäude von Substrate befindet sich in einem Industrie - Lagerhaus in der Nähe des Design - Distrikts von San Francisco. Das Lagerhaus wird von einer 12 - Fuß - hohen amerikanischen Flagge in zwei Teile geteilt. Im Wartebereich für Besucher liegen Bücher wie „Der nächste große Krieg: Können die USA und ihre Verbündeten China besiegen?“ aus.
Eine nicht so innovative Lösung
Einige Halbleiteringenieure haben darauf hingewiesen, dass eine Herausforderung, der Substrate möglicherweise gegenübersteht, darin besteht, dass es vorsieht, einen Teilchenbeschleuniger als einzige Lichtquelle zu nutzen und gleichzeitig mehrere Werkzeuge mit Strom zu versorgen. Dies kann die Kosten senken, aber bei einem Ausfall des Beschleunigers kann die Fabrik, die ihn nutzt, stilllegen.
Genau aus diesem Grund haben zwei Personen, die über die vertraulichen Beratungen informiert sind, erklärt, dass diese Bedenken dazu geführt haben, dass die Biden - Regierung Proud's ursprüngliche Bitte um eine Zuweisung von mehr als einer Milliarde US - Dollar aus dem Chip - Act abgelehnt hat. Dieses Gesetz ist ein von beiden Parteien gemeinsam erarbeiteter Gesetzentwurf, um die amerikanische Chip - Industrie zu subventionieren. Aber Proud behauptet, dass das US - Handelsministerium die Bitte von Substrate nie offiziell abgelehnt hat.
In den letzten Jahren hat das Unternehmen auch stark vorangeschritten.
Dem Bericht zufolge hat das Team im Jahr 2023 den größten Teil der Zeit damit verbracht, ein maßgeschneidertes Lithografie - Werkzeug zu bauen. Es besteht aus Tausenden von Teilen und ist so klein, dass es in den Kofferraum eines U - Haul - Lastwagens passt. Sie haben es in Computersimulationen getestet.
Anfang 2024 reservierte die Firma Substrate einen Teilchenbeschleuniger in der Bucht zur Durchführung eines entscheidenden Tests. Proud sagte, dass Vibrationen in der Nähe des Teilchenbeschleunigers dazu geführt hatten, dass der Beschleuniger sich drehte und die Bilder unscharf wurden, was das Unternehmen in Schwierigkeiten brachte. Nach einem ganzen Tag hektischer Suche stellte sich heraus, dass es das Klimaanlagensystem war, das die Vibrationen verursachte. Proud sagte, dass Substrate die Lüfterdrehzahl angepasst habe, bis auf der Siliziumscheibe „immer wieder sehr schöne und sehr kleine Dinge“ gedruckt werden konnten.
Sie hoffen, dass sie durch die Kombination eines proprietären Teilchenbeschleunigers mit einer maßgeschneiderten Lithografieanlage dort Erfolg haben werden, wo andere fehlgeschlagen sind. Die Lithografieanlage kann Licht durch das Chip - Design - Blauzeug auf die Siliziumscheibe projizieren. Von der Bewährung seiner Methode bis zur Kommerzialisierung liegt ihm ein langer Weg bevor. Der Erfolg hängt davon ab, ob sein Startup eine Reihe von geschäftlichen Hindernissen überwinden kann, darunter die Errichtung von Fabriken, die Suche nach Kunden und die Massenproduktion.
Das Team hat seitdem größere und komplexere Werkzeuge gebaut und Bilder gedruckt, deren Auflösung mit der der neuesten Spitzen - Chip - Herstellungsprozesse übereinstimmt.
Nach drei Jahren geheimer Forschung und Entwicklung ist endlich das Produkt von Substrate auf den Markt gekommen.
Proud ist sehr verschwiegen über den Prozess von Substrate. Er weigert sich, anzugeben, welchen Teilchenbeschleuniger das Unternehmen bei den Tests verwendet hat und Informationen über einige maßgeschneiderte Komponenten preiszugeben. Er sagt, dass Substrate der Vorgehensweise einiger Künstliche - Intelligenz - Firmen folgt, die ihre Forschungsergebnisse nicht öffentlich teilen.
Allerdings ist festzustellen, dass die Technologie von Substrate die Verwendung eines Teilchenbeschleunigers als Lichtquelle für ein Röntgen - basiertes Lithographiesystem umfasst. Dabei wird Licht mit einer kürzeren Wellenlänge als in den neuesten „extrem ultravioletten“ Maschinen von ASML verwendet, um Schaltkreise auf Silizium zu drucken.
Substrate behauptet, dass seine Maschine Merkmale im Maßstab von 12 Nanometern druckt, was mit den Merkmalen vergleichbar ist, die von den sogenannten High - NA EUV - Maschinen von ASML hergestellt werden. Dies würde die Geräte dieses Startups mit den modernsten Produktionslinien vergleichbar machen, die derzeit verwendet werden.
Zuvor hat Substrate das System in einem amerikanischen Nationallabor demonstriert. Das System hat auf Wafern komplexe Muster erzeugt. Proud behauptet, dass die Auflösung mit der der neuesten „High - Numerical - Aperture“ EUV - Geräte von ASML vergleichbar ist. Er sagt, dass es somit zur Herstellung von Chips im 2 - Nanometer - Prozessknoten geeignet wäre, was die derzeit fortschrittlichste Technologie in der Halbleiterindustrie ist. Substrate plant auch, bestehende Chip - Herstellungsgeräte zu verwenden.
Substrate betont, dass es keine extern hergestellten Lithografiewerkzeuge oder geistiges Eigentum verwendet und „eine differenzierte Technologie entwickelt hat, die mit keiner anderen Halbleiterfirma überlappt“.
Wenn Substrate es schafft, das Produkt auf den Markt zu bringen, wird seine Röntgenlithografieanlage billiger und kleiner sein als die großen Maschinen von ASML, die je nach Modell mehrere hundert Millionen US - Dollar kosten können. Das Startup behauptet, dass seine Technologie funktionieren kann und dass es Bilder von Chipschichten hat, deren Druckverhältnis gleich oder besser ist als das, das die neuesten Maschinen von ASML verarbeiten können.
Wie Analysten sagen, wurde die Röntgenmethode von Substrate bereits zuvor versucht, aber ohne großen Erfolg. Darüber hinaus fehlt dem Unternehmen die Unterstützung der Branche.
Wie sie sagen, ist das endgültige Ziel von Substrate, das, was ASML tut, zu übertreffen - Geräte an andere Unternehmen zu verkaufen - und selbst ein Chiphersteller zu werden. Substrate möchte eine amerikanische Fabrikgründungsfirma aufbauen, eine Firma, die maßgeschneiderte Halbleiter herstellt. Er sagt, dass gemäß Proud's derzeitigen Plänen seine Maschinen in den nächsten „Jahren“ in amerikanischen Chipfabriken oder Waferfabriken in Betrieb genommen werden könnten.
Ein weiteres Ziel: TSMC werden?
Neben der Schaffung eines Konkurrenten für ASML möchte Substrate auch eine amerikanische Fabrikgründungsfirma aufbauen, eine Firma, die maßgeschneiderte Halbleiter herstellt. Er sagt, dass gemäß Proud's derzeitigen Plänen seine Maschinen in den nächsten „Jahren“ in amerikanischen Chipfabriken oder Waferfabriken in Betrieb genommen werden könnten. Proud weist weiter darauf hin, dass mit der Expansion des Geschäfts auf mehrere Fabriken die Gründung einer „stärker vertikal integrierten“ Fabrikgründungsfirma die Beschaffung von „hunderte von Millionen - manchmal sogar Milliarden oder gar Billionen von Dollar“ erfordern würde.
Im vergangenen Jahr begann das Unternehmen, einen Standort für seine erste Fabrik zu suchen. Das Unternehmen hat mit der Texas A&M University über die Planung eines Teilchenbeschleunigers und einer Fabrik auf dem Campus gesprochen, mit einer Investition von etwa zehn Milliarden US - Dollar.
Herr Proud sagt, dass er auch erste Gespräche mit dem alten Silicon - Valley - Chiphersteller Intel über seine Technologie geführt hat. Aber Intel weigerte sich, einen Kommentar abzugeben.
Es ist zweifellos, dass das Vorgehen dieses Unternehmens stark in Zweifel gezogen wird.
Aber Trae Stephens, Partner des Founders Fund und Leiter der Investition des Unternehmens in Substrate, sagte: „Das sind historische Momente, die richtig eingeschätzt werden müssen.“ „Derzeit steht die US - Regierung unter großem Druck, herauszufinden, wie wir eine zuverlässige und widerstandsfähige Halbleiter - Lieferkette gewährleisten können... und das ist der Moment, den James nutzt.“ Stephens stellte fest.
Nach Ansicht von Stephens kann Substrate im Vergleich zu anderen Chip - Startups offensichtlich einen Anteil am Markt erringen. Aber wenn sie gewinnen, wäre es ein echter großer Sieg.
Als man ihn nach den zukünftigen Herausforderungen fragte, geriet Herr Proud in Wut. In einem kürzlich gehaltenen Interview erinnerte er sich daran, dass Leute gesagt hätten, ein anderer Lithografieprozess sei nicht möglich. Aber er habe es weiter vorangetrieben, weil „wenn wir das nicht tun, wäre die Folge eine völlige Katastrophe“.
„Wenn du nur zwei schlechte Optionen hast“, sagte er, „musst du eine dritte bessere Option schaffen.“