EUV芯片制造：美国如何失去了对尖端半导体技术的控制权 - 彭博社

一台ASML高NA极紫外系统

摄影师：Michel de Heer/ASML

这是一个战略性错误的重大失误。美国在开发支撑当今人工智能革命的半导体技术方面起到了至关重要的早期作用。然而，现在却是一家荷兰公司垄断了这一过程，而亚洲制造商主导了生产。

极紫外光刻机可以说是当今世界上最重要的电子设备。它们的出现使得能够组装出处理能力有了质的飞跃的芯片，为新一代人工智能工具铺平了道路。像OpenAI的ChatGPT和谷歌的Gemini这样的人工智能平台进行的广泛和多层次计算加速了许多通常由人类执行的任务。这使得美国和中国获得EUV技术成为了国家经济安全的问题。

观看：美国如何在关键芯片技术上失误

对于华盛顿和北京来说，问题在于EUV机器只有一家公司生产：ASML Holding NV。每台设备的尺寸相当于一辆公交车，成本超过2亿美元。到目前为止已经发货200多台，使ASML成为欧洲市值最高的科技股，市值超过3500亿美元。

美国是如何放弃对这一关键技术的控制的？部分原因是相对较少的行业高管曾认为EUV可能行不通。另一个原因是长期以来世界上最大的芯片制造商英特尔公司的错误判断。

近原子尺度

硅片由晶体管组成 - 本质上是现代计算中的零和一的一系列门和开关的物理表现。为了使计算机更加强大，半导体工程师不断努力使晶体管变得更小。上个世纪中叶发明的第一批晶体管大约有一厘米长。现在，它们只有几纳米宽，或者说是几十亿分之一米。

在芯片制造的最初几十年里，使用可见光将图案烧入硅中以创建晶体管 - 这个过程被称为光刻 - 然后行业转向紫外光。在20世纪80年代，科学家开始思考如何将芯片制造推向接近原子尺度，以维持创新的步伐。新泽西州贝尔实验室的研究人员开始研究极紫外技术，接着是三个能源部国家实验室： 劳伦斯利物浦、劳伦斯伯克利和桑迪亚。美国能源部最终投入了数千万美元用于研究。

芯片制造的赌注

自英特尔投资ASML以来的12年里，竞争对手已经超越了它

来源：彭博社

随着这些机构在一些技术要素上取得进展，他们意识到产业支持对将其推向市场至关重要。1997年成立了一个名为EUV LLC的公私合作伙伴关系，美国公司英特尔、先进微设备公司和摩托罗拉公司加入其中。最终，该合作伙伴关系扩大到包括光刻公司硅谷集团公司。以及ASML，后者也参与了欧洲类似的EUV研究联盟。

当时，日本的尼康公司和佳能公司是光刻领域的主要参与者，日本似乎是美国在芯片制造领域的最大威胁。因此，华盛顿不愿让亚洲国家在追赶下一代技术的竞赛中占据优势，而是支持硅谷集团和ASML的努力。这家荷兰公司全力投入EUV，并在接下来的几年里努力发挥其潜力。2001年，ASML支付了110亿美元收购了硅谷集团，使竞赛中只剩下一匹马。当时，预计EUV将在2006年商业化。

技术挑战

这被证明是过于乐观的。这项技术异常复杂。它涉及使用高功率激光每秒50,000次轰击锡液滴，产生发射EUV光的等离子体。由于这种光在地球上并不自然产生 - 实际上，它被空气吸收 - 这个过程必须在真空中进行。然后，光被一系列镜子聚焦，反射到一个遮光板上。这是玻璃或镜子上的图案，可以阻挡并吸收一些光（名称来源于枪瞄准镜上的十字线），从而创建要刻入芯片的电路图案。

由于这些设备的运作规模，德国蔡司公司制造的镜子必须几乎完美无瑕：最大的瑕疵只有一个原子高。ASML表示，如果将镜子按照国家的尺寸进行缩放，最高的凸起只有1毫米高。用激光轰击熔化的锡是一件混乱的事情。这需要定期清理，这意味着有很多停机时间。这使得很难看到这些机器如何能够经济实惠：半导体制造设施需要几乎每天24小时、每周7天运行，以证明花费数十亿美元建造它们的价值。

直到2012年，该行业才开始认为这项技术确实是可行的。而且仍然需要大量资金。因此，ASML转向了其最大的客户：台积电投资了14亿美元，三星电子投入了9.74亿美元，英特尔承诺投入高达41亿美元。这三家芯片制造商随后拥有ASML约四分之一的股份。

这一策略奏效了，到2018年，ASML开始大量出货EUV机器。尽管早期的很多工作是在美国完成的，而英特尔是ASML最大的工业支持者，但第一代机器都没有交给英特尔。

CPU处理技术

纳米尺寸

来源：伯恩斯坦

这不是ASML的选择。这是英特尔的选择。当时的CEO布莱恩·克赛尼奇并不确信这项技术能够以经济的规模运作。他赌注在能够让现有技术运行，直到他认为EUV存在的问题得到解决。他有充分的理由相信：英特尔一直以领先同行的尖端芯片制造工艺而闻名。

这被证明是一个错误。使用EUV工艺的台积电在2018年左右首次在技术上超越了英特尔。这家台湾公司经营着所谓的晶圆代工业务，客户包括苹果、英伟达和AMD等公司设计自己的芯片，然后与台积电签约生产。

与此同时，英特尔努力使其替代的“多重图案”芯片光刻方法能够可靠运行。当该公司将该过程调整到足以在大规模上可行的程度时，台积电和三星已经在生产更先进的半导体。

中国挑战

对美国有更深层次的影响，因为台积电还向华为等中国公司提供芯片，而唐纳德·特朗普和乔·拜登政府都对这家公司持怀疑态度。使用EUV技术制造的芯片从2019年开始被运送到华为智能手机中。因此，一项部分由美国资本资助的技术，以及部分基础研究是在美国实验室进行的，似乎有可能使其主要的地缘政治对手受益。

如果中国能够制造或购买到最先进的芯片，这将有助于其在工业中部署人工智能，也有可能在军事应用中使用。尽管中国拥有可观的技术能力，但仍需进口大部分所需的半导体。确保拥有自己的EUV产能成为一个优先事项。

自十年前左右以来，美国一直在向荷兰政府施压，阻止ASML向中国出售任何设备。到目前为止，这些努力已经取得了成功：中国仍然没有EUV机器。

英特尔的下一步

与此同时，英特尔仍然受到其错误估计的影响。

“我们采取了很多措施来避免使用EUV的需求，正如你所看到的，这导致了功耗、性能、面积和成本方面的缺陷，”2021年接任英特尔CEO的帕特·盖尔辛格在四月份表示。

股市反映了这个错误的规模。2012年投资ASML时，英特尔的市值比Nvidia大15倍，几乎是TSMC的两倍。现在它的规模只是它们的一小部分：英特尔市值为1640亿美元，TSMC为6500亿美元，Nvidia为2.2万亿美元。其中很大一部分是由于英特尔无法获得EUV技术。

盖尔辛格渴望确保自己不重复前任的错误。英特尔正在全力支持下一代EUV：高数值孔径。该方法使用新的光学系统将光聚焦到一个更小的点，公司已经在俄勒冈州的一个地点安装了第一台预生产模型。

英特尔在俄勒冈州希尔斯伯勒的D1X开发工厂。摄影师：英特尔公司 阅读更多： ASML，欧洲最有价值的科技公司，处于美中芯片战争的核心