O periódico MIT Technology Review conversou com Martin van den Brink, CTO que está se aposentando, sobre a ascensão da empresa ao domínio e sobre o futuro da Lei de Moore.
Em uma manhã cinzenta de segunda-feira em San Jose, Califórnia, no igualmente cinzento Centro de Convenções de San Jose, participantes da Conferência de Litografia e Padronização Avançada da SPIE lotaram o salão principal até que todos os assentos estivessem ocupados, e o público começou a se alinhar pelas paredes ao fundo e nas laterais. Este evento reúne profissionais da indústria de chips de todo o mundo. E, naquela manhã fria de fevereiro, eles se reuniram para ouvir luminares da indústria tecnológica homenagearem o falecido Gordon Moore, cofundador e primeiro CEO da Intel.
Craig Barrett, outro ex-CEO da Intel, prestou tributo, assim como o lendário engenheiro Burn-Jeng Lin, pioneiro da litografia por imersão, uma tecnologia de padronização que impulsionou a indústria de chips há cerca de 20 anos. A maioria dos discursos focava em reflexões sobre Moore: testemunhos de seu gênio, conquistas e humanidade. Mas o último orador da manhã, Martin van den Brink, adotou um tom diferente, mais próximo de uma celebração do que de um elogio fúnebre. Van den Brink é co-presidente e CTO da ASML, empresa holandesa que fabrica as máquinas que permitem aos fabricantes produzir os chips de computador mais avançados do mundo.
A Lei de Moore postula que o número de transistores em um circuito integrado dobra a cada dois anos, aproximadamente. Essencialmente, isso significa que os fabricantes de chips estão sempre tentando reduzir o tamanho dos transistores para aumentar sua densidade em um microchip. Essa cadência tem sido cada vez mais difícil de manter, dado que as dimensões dos transistores agora medem poucos nanômetros. Nos últimos anos, as máquinas da ASML têm impedido que a Lei de Moore perca força. Atualmente, elas são as únicas no mundo capazes de produzir circuitos com a densidade necessária para manter os fabricantes de chips em linha com essa evolução. Van den Brink afirmou que é o próprio princípio da Lei de Moore que impulsiona a indústria ano após ano.
Para ilustrar o impacto de manter a Lei de Moore desde que ingressou na ASML em 1984, van den Brink mencionou o problema do tabuleiro de xadrez e dos grãos de arroz, no qual o número de grãos — uma metáfora para os transistores — dobra a cada quadrado sucessivo. O crescimento exponencial no número de transistores em um chip desde 1959 significa que um único grão de arroz naquela época agora equivale a três navios tanque, cada um com 240 metros de comprimento, cheios de arroz. É muito arroz! No entanto, a Lei de Moore exige que a indústria continue avançando. Cada era da computação, mais recentemente a inteligência artificial, trouxe demandas crescentes, explicou van den Brink. Em outras palavras, embora três tanques cheios de arroz pareçam muito, amanhã precisaremos de seis. Depois 12, e assim por diante.
Ele garantiu à audiência que a tecnologia da ASML estará pronta para atender essas demandas, graças ao investimento da empresa no desenvolvimento de ferramentas capazes de criar recursos cada vez mais refinados: as máquinas de litografia por ultravioleta extremo (EUV), lançadas amplamente em 2017, as máquinas de EUV de alta abertura numérica (alta-NA), que estão sendo implementadas agora, e as máquinas de hiper-NA EUV, que estão previstas para o futuro.
Embora o tributo tenha sido planejado para Gordon Moore, ao final da apresentação de van den Brink, toda a sala se levantou em aplausos. Afinal, se Gordon Moore merece crédito por criar a lei que impulsionou o progresso da indústria, como van den Brink mencionou, van den Brink e a ASML merecem boa parte do crédito por garantir que esse progresso continue sendo possível.
Contudo, isso também significa que a pressão permanece. A ASML precisa continuar à frente das demandas da Lei de Moore. Precisa garantir que os fabricantes de chips possam continuar dobrando a quantidade de arroz no tabuleiro de xadrez. Será que isso será possível? Van den Brink sentou-se com a *MIT Technology Review* para falar sobre a história da ASML, seu legado e o que vem a seguir.
Apostando em um comprimento de onda desafiador
A ASML é uma líder indiscutível no ecossistema atual de chips, mas é difícil acreditar que o domínio da empresa no mercado remonta apenas a 2017, quando sua máquina de EUV, após 17 anos de desenvolvimento, revolucionou o processo convencional de fabricação de chips.
Desde a década de 1960, a fotolitografia tornou possível incorporar mais e mais componentes nos chips de computador. O processo envolve criar pequenos circuitos guiando feixes de luz através de uma série de espelhos e lentes, depois projetando essa luz em uma máscara que contém um padrão. A luz transmite o design do chip, camada por camada, eventualmente formando os circuitos que constituem os blocos de construção computacionais de tudo, desde smartphones até inteligência artificial.
Os fotolitógrafos têm um conjunto limitado de ferramentas para criar designs menores, e, por décadas, o tipo de luz usado nas máquinas foi o fator mais crítico. Na década de 1960, as máquinas utilizavam feixes de luz visível. Os menores recursos que essa luz conseguia desenhar no chip eram relativamente grandes, como usar um marcador para desenhar um retrato.
Os fabricantes começaram a usar comprimentos de onda de luz cada vez menores e, no início da década de 1980, já conseguiam fabricar chips com luz ultravioleta. Nikon e Canon eram os líderes do setor. Fundada em 1984 como uma subsidiária da Philips em Eindhoven, na Holanda, a ASML era apenas uma pequena participante.
Segundo Martin van den Brink, ele chegou à empresa quase por acaso. Naquela época, a Philips era uma das poucas empresas de tecnologia na Holanda. Quando começou sua carreira lá em 1984, explorando as diversas oportunidades disponíveis, ele se interessou por uma foto de uma máquina de litografia.
"Olhei para a imagem e disse: ‘Ela tem mecânica, ótica, software — parece uma máquina complexa. Quero trabalhar com isso’”, disse ele à *MIT Technology Review*. "Responderam: ‘Você pode, mas a empresa não fará mais parte da Philips. Estamos criando uma joint venture com a ASM International e, depois disso, você não será mais funcionário da Philips’. Eu disse sim, porque isso não fazia diferença para mim. E foi assim que tudo começou.”
Quando van den Brink ingressou na empresa nos anos 1980, a ASML não se destacava muito entre os outros grandes fabricantes de máquinas de litografia da época. “Não vendíamos uma quantidade significativa de sistemas até os anos 1990. Quase fomos à falência várias vezes nesse período”, conta van den Brink. "Para nós, só havia uma missão: sobreviver e mostrar a um cliente que podíamos fazer a diferença.”
Em 1995, a ASML conseguiu se estabelecer o suficiente no setor para competir com Nikon e Canon e abrir capital. No entanto, todos os fabricantes de litografia enfrentavam o mesmo desafio: criar componentes menores para chips.
Se você pudesse ter ouvido uma reunião na ASML no final dos anos 1990 sobre esse dilema, provavelmente escutaria conversas sobre uma ideia chamada litografia por ultravioleta extremo (EUV) — junto com preocupações de que talvez ela nunca funcionasse. Naquela época, com a pressão para reduzir os chips além das capacidades existentes, parecia que todos perseguiam o EUV. A ideia era padronizar chips com um comprimento de onda de luz ainda menor (ultimamente apenas 13,5 nanômetros). Para isso, a ASML precisaria descobrir como criar, capturar e focalizar essa luz — processos que haviam desafiado pesquisadores por décadas — e construir uma cadeia de suprimentos de materiais especializados, incluindo os espelhos mais suaves já produzidos. Além disso, precisariam garantir que o preço não afastasse seus clientes.
Canon e Nikon também estavam explorando o EUV, mas o governo dos EUA lhes negou licença para participar do consórcio de empresas e laboratórios nacionais dos EUA que pesquisavam a tecnologia. Ambas acabaram abandonando o projeto. Enquanto isso, a ASML adquiriu, em 2001, a SVG, a quarta maior empresa envolvida no desenvolvimento do EUV. Em 2006, a ASML havia entregue apenas duas máquinas protótipo de EUV para instalações de pesquisa, e só em 2010 conseguiu enviar uma para um cliente. Cinco anos depois, no relatório anual da empresa, a ASML alertou que as vendas de EUV permaneciam baixas e que os clientes não estavam ansiosos para adotar a tecnologia devido à sua lentidão na linha de produção. Caso esse padrão continuasse, haveria “impactos significativos” nos negócios devido ao grande investimento.
Em 2017, no entanto, após um investimento de 6,5 bilhões de dólares em pesquisa e desenvolvimento ao longo de 17 anos, a aposta da ASML começou a valer a pena. Naquele ano, a empresa entregou 10 de suas máquinas de EUV, cada uma custando mais de 100 milhões de dólares, e anunciou que dezenas de outras estavam em produção. Essas máquinas foram enviadas para gigantes da fabricação de semicondutores, como Intel, Samsung e Taiwan Semiconductor Manufacturing Company (TSMC), além de alguns poucos outros clientes. Com uma fonte de luz mais brilhante (o que reduziu o tempo necessário para imprimir padrões), entre outras melhorias, as máquinas permitiram velocidades de produção mais rápidas. Finalmente, o salto para o EUV fazia sentido economicamente para os fabricantes de chips, colocando a ASML em uma posição de quase monopólio.
Chris Miller, professor de história da Universidade Tufts e autor de *Chip War: The Fight for the World's Most Critical Technology*, afirma que a ASML estava culturalmente preparada para levar esses experimentos adiante. “É uma teimosia em investir em uma tecnologia que a maioria das pessoas achava que não funcionaria”, disse ele à *MIT Technology Review*. “Ninguém mais apostava no EUV, porque o processo de desenvolvimento era longo e caro. Ele envolve levar ao limite a física, a engenharia e a química.”
A supremacia da ASML é tamanha que ela já não pode vender seus sistemas mais avançados para clientes na China. Embora a ASML ainda faça negócios na China, em 2019, sob pressão da administração Trump, o governo holandês começou a impor restrições às exportações das máquinas EUV para o país. Essas regras foram endurecidas no ano passado e agora também limitam algumas máquinas de ultravioleta profundo (DUV), usadas para fabricar chips menos avançados que os sistemas EUV.
Van den Brink afirma que o modo como líderes mundiais discutem a litografia hoje era inimaginável no início da empresa: “Nosso primeiro-ministro estava sentado à frente de Xi Jinping, não porque ele era holandês — quem se importaria com a Holanda? Ele estava lá porque fazemos máquinas de EUV.”
Apenas alguns anos após o envio das primeiras máquinas EUV, a ASML enfrentaria outra transformação. No início da pandemia, o progresso e o interesse no campo da inteligência artificial aumentaram a demanda por poder de computação de forma vertiginosa. Empresas como OpenAI passaram a precisar de chips cada vez mais poderosos, e, no final de 2022, o frenesi e os investimentos em IA começaram a explodir.
Naquela época, a ASML estava se aproximando de sua mais nova inovação. Depois de já ter adotado um comprimento de onda de luz menor (realinhando toda a indústria de semicondutores no processo), a empresa voltou sua atenção para outro elemento sob seu controle: a abertura numérica. Essa medida determina a quantidade de luz que um sistema pode focalizar, e, se a ASML conseguisse aumentá-la, suas máquinas poderiam imprimir componentes ainda menores.
Isso exigiu inúmeras mudanças. A ASML teve que obter um conjunto ainda maior de espelhos de seu fornecedor Carl Zeiss, que precisavam ser fabricados com uma suavidade extrema. A Zeiss precisou construir máquinas inteiramente novas com o único objetivo de medir a suavidade dos espelhos destinados à ASML. O objetivo era minimizar os impactos financeiros que essas mudanças poderiam causar no restante da cadeia de suprimentos, como nas empresas que produzem os retículos contendo os projetos dos chips.
Em dezembro de 2023, a ASML começou a enviar o primeiro dispositivo EUV de próxima geração, uma máquina de alta abertura numérica (high-NA), para a instalação da Intel em Hillsboro, Oregon. Era uma versão de P&D, e até agora a única em uso. Foram necessários sete aviões e 50 caminhões para transportá-la até a planta da Intel, e a instalação da máquina, maior que um ônibus de dois andares, levará seis meses.
As máquinas high-NA serão necessárias apenas para produzir as camadas mais precisas de chips avançados para a indústria. Muitos outros projetos ainda serão impressos usando a geração anterior de máquinas EUV ou as antigas máquinas DUV.
A ASML recebeu pedidos de máquinas high-NA de todos os seus clientes atuais de EUV. O custo, porém, é elevado: relatórios indicam um preço de 380 milhões de dólares por máquina. A Intel foi a primeira cliente a fazer o pedido, adquirindo a primeira unidade disponível no início de 2022. A empresa, que perdeu uma fatia significativa de mercado para a TSMC, aposta que a nova tecnologia lhe dará uma nova posição competitiva na indústria, mesmo sabendo que outros fabricantes de chips também terão acesso a ela no futuro.
“Há benefícios óbvios para a Intel em ser a primeira,” diz Chris Miller. “Mas também há riscos óbvios.” Segundo ele, determinar quais chips utilizarão essas máquinas e como obter retorno financeiro delas será um desafio para a empresa.
O lançamento dessas máquinas, se bem-sucedido, pode ser considerado o maior marco da carreira de Martin van den Brink. No entanto, ele já está de olho no que vem a seguir.
A próxima grande ideia da ASML, segundo van den Brink e outros executivos que conversaram com a MIT Technology Review, é a tecnologia hyper-NA. As máquinas high-NA da empresa têm uma abertura numérica de 0,55. As ferramentas hyper-NA teriam uma abertura superior a 0,7. Isso significa que, se bem-sucedida, a tecnologia hyper-NA permitirá à empresa criar máquinas capazes de reduzir ainda mais as dimensões dos transistores — assumindo que os pesquisadores consigam desenvolver componentes de chips que funcionem nessas escalas tão pequenas. Como aconteceu com o EUV nos anos 2000, ainda não está claro se a tecnologia hyper-NA será viável; se nada mais, pode ser proibitivamente cara. Mesmo assim, van den Brink demonstra uma confiança cautelosa. Ele acredita que, no futuro, a empresa terá três ofertas disponíveis: low-NA, high-NA e — se tudo correr bem — hyper-NA.
“Hyper-NA é um pouco mais arriscado,” diz van den Brink. “Seremos mais cautelosos e sensíveis ao custo no futuro. Mas, se conseguirmos, teremos um trio vencedor que atenderá todas as necessidades da fabricação avançada no futuro previsível.”
Embora hoje todos apostem na ASML para continuar impulsionando a indústria, há especulações de que um concorrente possa surgir da China. Van den Brink minimizou essa possibilidade, citando a lacuna até mesmo na litografia de gerações anteriores.
“A SMEE está fabricando máquinas DUV, ou pelo menos afirma que pode,” disse ele, referindo-se a uma empresa que fabrica a tecnologia predecessora do EUV. Ele ressaltou que a ASML ainda detém a maior fatia do mercado. As pressões políticas podem acelerar o progresso da China, mas alcançar o nível de complexidade envolvido no portfólio de máquinas da ASML, com low-NA, high-NA e hyper-NA, é outra questão. “Estou bastante confortável em dizer que levará muito tempo até que consigam copiar isso.”
Chris Miller, da Universidade Tufts, está confiante de que empresas chinesas eventualmente desenvolverão essas tecnologias de forma independente, mas concorda que a questão é quando. “Se for em uma década, será tarde demais,” diz ele.
A questão real, talvez, não seja quem fabricará as máquinas, mas se a Lei de Moore permanecerá válida. Jensen Huang, CEO da Nvidia, já declarou que ela está morta. Mas, quando perguntado sobre o que poderia finalmente fazer a Lei de Moore falhar, van den Brink rejeitou completamente a ideia.
“Não há motivo para acreditar que isso vai parar. Você não vai ouvir de mim onde isso vai acabar,” disse ele. “Vai acabar quando ficarmos sem ideias, quando o valor que criamos com tudo isso não justificar mais os custos. Então, acabará. E não por falta de ideias.”
Ele demonstrou a mesma postura durante sua homenagem a Moore na conferência SPIE, exalando confiança. “Não sei quem fará a apresentação daqui a 10 anos,” disse, voltando à sua analogia do tabuleiro de arroz. “Mas meus sucessores,” afirmou, “ainda terão a oportunidade de preencher o tabuleiro.”
Fonte:
- MIT Technology Review - Abril de 2024
Sobre os autores:
Mat Honan é o editor-chefe da MIT Technology Review, responsável pela direção editorial de todo o portfólio da publicação, incluindo site, podcasts, newsletters, revistas impressas e novos formatos. Antes, foi editor executivo do BuzzFeed News e colunista da WIRED, cobrindo a indústria tecnológica por mais de 20 anos em publicações como Popular Science e Gizmodo. Ele liderou equipes premiadas, incluindo vencedores do Pulitzer. Mat vive em São Francisco com sua família e é uma figura renomada no jornalismo de tecnologia
James O'Donnell é um jornalista especializado em inteligência artificial (IA) e repórter na MIT Technology Review. Ele escreve sobre as implicações práticas da IA, explorando sua aplicação em tecnologias como veículos autônomos, cirurgias robóticas e chatbots. Antes de trabalhar na publicação renomada MIT Technology Review, ele foi bolsista de reportagens investigativas no FRONTLINE PBS, onde contribuiu para projetos premiados. Seus trabalhos também foram publicados em veículos como The Washington Post, ProPublica e WNYC. Além disso, ele é formado pela Craig Newmark Graduate School of Journalism no CUNY.
Artigo traduzido pelo ChatGPT
