为何被阿斯麦、台积电反超？ 美媒揭秘美国芯片的“史诗级失误”

2024年04月12日

美国媒体发文，反思了美国在半导体发展过程中从领先到落后的原因，其中包括本土芯片巨头英特尔的误判。

这是一个史诗级的战略失误。

美国在半导体技术发展的早期发挥了至关重要的作用。然而，现在的格局是，一家荷兰公司垄断了半导体制造设备，亚洲制造商主导了生产。

极紫外光刻机(EUV)是目前世界上最重要的电子设备。它造就了尖端芯片制造，实现了芯片处理能力的重大提升。

麻烦的是，只有一家公司（荷兰的阿斯麦）在生产EUV光刻机。每台EUV光刻机有一辆公共汽车那么大，造价超过2亿美元。迄今为止，阿斯麦已售出200多台EUV光刻机，市值超过3500亿美元。

美国是如何拱手让出这一关键技术的控制权的呢？部分原因是，只有较少的芯片行业高管认为EUV可行。另一个原因是全球最大芯片制造商英特尔的误判。

美国的先发优势

硅芯片由晶体管组成，后者本质上是一系列栅极和开关，构成了现代计算中0和1的物理表现。为了使计算机更强大，工程师们一直寻求把晶体管做得更小。上世纪中叶发明的第一批晶体管有一厘米长。现在只有几纳米宽。

在芯片制造的最初几十年里，可见光被用来在硅上刻蚀图案来制造晶体管，这一过程被称为光刻。随后，行业才转向紫外光。20世纪80年代，科学家们开始努力芯片制造接近原子的尺度水平。总部位于新泽西州的贝尔实验室开始研究极紫外线技术。美国能源部最终为这项研究投入了数千万美元。他们意识到，要将极紫外线技术推向市场，行业支持必不可少。1997年，一家名为EUV LLC的公私合营公司成立，并得到了美国公司英特尔、AMD和摩托罗拉的支持。最终，它纳入了光刻公司硅谷集团和阿斯麦。

当时，日本的尼康、佳能是光刻巨头，是美国主导芯片制造领域的最大威胁。因此，美国不愿帮助日本，而是支持硅谷集团和阿斯麦。阿斯麦将全部精力都放在EUV技术上。2001年斥资11亿美元收购了硅谷集团 。当时，它预计EUV技术将在2006年具有商业可行性。

技术挑战

但阿斯麦过于乐观了。EUV技术非常复杂，其中涉及用高功率激光以每秒5万次的速度轰击锡滴，使其产生能够发射极紫外光的等离子体。极紫外光在地球上不会自然产生，会被空气吸收，这个过程必须在真空中进行。然后，光被一系列镜子聚焦，反射在一个掩膜版上。掩膜版上刻有电路图案，能阻挡并吸收一些光。通过这种方式，电路图案被刻蚀在晶圆上。

鉴于这些设备的操作精度，由德国蔡司公司制造的镜子必须要光滑得近乎不可思议：最大凸起只有一个原子那么高。如果将镜子比做一个国家，那么最高的凸起也只有1毫米高。而且，用激光轰击熔锡也很棘手。要定期清理，这意味着有很多停机时间。半导体制造工厂要每周7天、每天24小时不停运转，才能证明数十亿美元的建造成本是合理的。

直到2012年，半导体产业才开始认为这项技术可能是可行的。但仍需注入大量资金。于是，阿斯麦求助其最大客户·台积电投资了14亿美元，三星电子投资了9.74亿美元，英特尔投了41亿美元。当时，这三家芯片制造商总共持有阿斯麦四分之一的股票。

误判的代价

2018年，阿斯麦开始大量出货EUV光刻机。尽管EUV技术的大部分早期工作都是在美国完成的，而且英特尔是阿斯麦的最大业内支持者，但第一代机器英特尔没得到一台。

不是阿斯麦不给，而是英特尔不要。英特尔时任CEO科再奇不相信这项技术能达到在经济上可行的规模。

事实证明，这是一个误判。台积电使用EUV工艺的在2018年左右首次在技术上超过英特尔。台积电做的是代工业务：苹果、英伟达和AMD等客户设计自己的芯片，然后委托给台积电制造。

英特尔将传统工艺微调到可以大规模生产时，台积电和三星已经在生产更先进的半导体了。

亡羊补牢

现在，英特尔仍在为当初的误判而痛苦。

2012年投资阿斯麦时，英特尔的市值是英伟达的15倍，是台积电的两倍。现在，它的市值已无法和这两家公司相提并论【英特尔现1640亿美元，台积电6500亿美元，英伟达2.2万亿美元】。

如今，英特尔正在大力支持下一代EUV技术：高数值孔径(High NA)，这种技术使用新的光学系统将光线聚焦到一个更小的点。英特尔已经在俄勒冈州的一个工厂安装了第一个预生产模型。(作者/箫雨)