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- W2 |" ~5 D+ U! d3 h, E: P! U3 m4月12日，彭博社以《美国曾有机会引领芯片制造，但却错过了》为题撰文。
4 `* ` n* m9 \4 N% o2 l" }5 V/ j文章指出，美国早期曾在半导体技术开发上发挥了至关重要的作用，但现在荷兰企业ASML垄断了关键芯片制造工具极紫外光刻机（EUV）的生产，台积电、三星等亚洲企业主导了先进芯片制造。
) p) f t4 q5 S* [这篇文章认为，美国错失引领芯片制造的关键原因在于EUV光刻机。首先，早期很少有行业高管认可EUV可行；第二，曾经全球最大的芯片制造商英特尔，对何时引入EUV发生了误判。8 M) r8 I* ]) m. q6 m
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彭博社报道截图. I) D4 y: u' F5 ^1 T* p1 z
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观察者网编译原文如下：5 M; g" }) Z6 @6 I3 T, C+ h4 h
这是一次史无前例的战略失误。
, O D, g9 `: \ Y6 r+ _% ]早期，美国在开发半导体技术方面发挥了至关重要的作用，而半导体技术是当今人工智能革命的基础。然而，现在是一家荷兰公司垄断了这一过程，亚洲制造商主导了生产。
; {1 W1 V' Q) `6 d极紫外光刻机（EUV）可以说是目前世界上最重要的电子设备。
+ w" H) J% K- n) N它们的出现，使得芯片制造能力实现了跃升，为新一代人工智能发展铺平了道路。人工智能平台（如OpenAI的ChatGPT和谷歌的Gemini）执行了大量并行计算，代替了通常由人类来执行的大量任务。
/ D+ @) b, T6 |8 f% c这使获得EUV技术成为美国等大国的国家经济安全问题。现在的问题是，EUV仅由一家公司制造：ASML。每台EUV都有一辆公共汽车那么大，成本超过2亿美元。迄今为止，ASML已售出200多台EUV，使该公司成为欧洲最有价值的科技股，市值超过3500亿美元。
: O t! ^% c; i f4 u美国是如何放弃对这一关键技术控制的？部分原因是，早期在半导体行业中，很少高管认为EUV是可行的。另一个原因是，一直是全球最大芯片制造商的英特尔公司，发生了误判。
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EUV光刻机内部结构
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4 U& z7 M" U; K0 p4 D抛开日本，支持ASML等研发EUV# l1 `' B5 s3 j: n: m
半导体芯片由晶体管组成——本质上是一系列门和开关，它们是现代计算中0和1的物理表现。为了使计算机更强大，半导体工程师们一直在寻求把晶体管做得更小。上个世纪中叶发明的第一个晶体管大约有一厘米长。现在它们只有几纳米，或者说十亿分之几米宽。
6 D& ]8 I" s* Q1 H$ i在芯片制造的最初几十年里，可见光被用来在硅片上刻蚀图案来制造晶体管——这一过程被称为光刻——然后该行业才转向紫外光。
9 O% O$ c6 K7 Z6 |; X% j在20世纪80年代，科学家们开始探索芯片制造如何才能达到接近原子的体积，以保持创新的步伐。总部位于新泽西州的贝尔实验室的研究人员开始研究极紫外光技术，紧随其后的是美国能源部的三个国家实验室：劳伦斯利弗莫尔实验室、劳伦斯伯克利实验室和桑迪亚实验室，该部门最终为这项研究投入了数千万美元。
' z1 q; |, n7 w( |% c z# V# E; V随着这些机构在一些技术要素上取得进展，他们意识到，要将极紫外光技术推向市场，行业支持是必不可少的。1997年，一家名为EUV LLC的公私合营组织成立，其中包括美国公司英特尔、AMD和摩托罗拉。这个组织最终扩大到包括光刻技术公司硅谷集团和ASML，后者也参与了欧洲一个类似的EUV研究联盟。* O/ O( f9 `& c& k o; b* j8 c
当时，日本的尼康和佳能是光刻领域最大的玩家，而日本似乎是美国在芯片制造领域主导地位的最大威胁。因此，华盛顿不愿在下一代技术的竞赛中帮助这个亚洲国家，而是支持硅谷集团和ASML。这家荷兰公司在EUV上重金押注。2001年，ASML斥资11亿美元收购了硅谷集团，成为EUV竞争中仅剩的一个玩家。当时，它预计到2006年EUV将具有商业可行性。, w- H, |% N$ P3 a H9 F
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英特尔美国芯片工厂
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1 S9 S: g# k& k6 o( R! f0 V英特尔发生误判8 V: z' ^, L7 r# K
事实证明，这种看法过于乐观。这项技术非常复杂。它包括用高功率激光以每秒5万次的速度轰击锡滴，产生能发射极紫外光的等离子体。这样的光在地球上不会自然产生，事实上它会被空气吸收，这个过程必须在真空中进行。然后，光线被一系列镜子聚焦，反射到一个准星上。掩膜上的图案，可以阻挡和吸收一些光线，这样就形成了要蚀刻到芯片上的电路图案。& d6 j; j. Z- y7 X* B, Y3 u1 z; ^
由于这些东西的运行规模，由德国蔡司公司制造的镜子必须要光滑得近乎不可思议：最大的瑕疵只有一个原子那么高。ASML表示，如果镜子按比例放大到一个国家的大小，那么最高的凸起将只有1毫米高。用激光轰击熔化的锡很麻烦。它需要定期清理，这意味着有很多停机时间。这使得人们很难想象这种机器是如何做到经济实惠的：半导体制造设备几乎需要每周7天、每天24小时不停地运转，才能证明数十亿美元的建造成本是合理的。+ _1 H# ^7 L W1 k, m w0 d
直到2012年，业界才开始认为这项技术可能是可行的。而且它仍然需要注入大量的资金。因此，ASML转向了其最大的客户：台积电投资14亿美元，三星电子投资9.74亿美元，英特尔投资41亿美元。当时，这三家芯片制造商总共持有ASML约四分之一的股票。# r$ i$ r" K) ?# L
这一策略奏效了。到2018年，ASML开始大量出货EUV。尽管早期的大部分运转都是在美国完成的，而英特尔是ASML最大的行业支持者，但第一代EUV设备没有一台运往英特尔。
0 ?, ]; g9 H! _5 T* V: y这并不是ASML的选择，而是英特尔的。
) L8 l# T) C5 G8 {7 D1 w, V# |当时英特尔的首席执行官布莱恩·科再奇（Brian Krzanich）对这项技术能否产生规模经济效应没有信心。他把赌注押在了现有技术能够继续发挥作用上，直到他所看到的EUV问题得到解决。他有充分的理由充满自信：英特尔在尖端芯片制造工艺方面一直领先于同行。
: U/ f. {4 h; S* j0 e; y事实证明这是一个错误。使用EUV工艺的台积电在2018年左右首次在技术上超过英特尔。包括苹果、英伟达和AMD在内的科技公司自己设计芯片，然后委托台积电制造。与此同时，英特尔正努力使用替代的“多重图形化”芯片光刻技术可靠地工作。当它将工艺调整到可以大规模生产的程度时，台积电和三星已经在生产更先进的半导体了。
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8 \, f+ [8 `& x( E- {+ P2 I& O8 Q英特尔、英伟达和台积电市值对比
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英特尔高管不想重蹈覆辙
% j8 w! i# ^* B7 n) r' `/ q- M+ i时至今日，英特尔仍在被当初的误判所困扰。
4 t& ]8 K } y" X% S2021年接任英特尔首席执行官的帕特•基辛格今年4月表示：“我们采取了很多措施来避免对EUV的需求，但正如你所看到的，这导致芯片功率、性能、面积和成本方面都存在不足。”' Y* L9 o( g% Q9 i% N2 j7 u' e
股市证明了这个错误的严重程度。早在2012年投资ASML时，英特尔的市值是英伟达的15倍，几乎是台积电的2倍。现在，英特尔的规模只是这两家公司的一小部分：英特尔的市值为1640亿美元，台积电的市值为6500亿美元，英伟达的市值为2.2万亿美元。
# j8 l1 z# g2 X4 S4 z+ U这在很大程度上是由于英特尔没有接触到EUV技术。基辛格急于确保自己不会重蹈前任的覆辙。英特尔正在大力支持下一代EUV：高数值孔径。这种设备使用新的光学系统将光线聚焦到一个更小的点，该公司已经在俄勒冈州的一个地方安装了第一个预生产模型。8 s$ @. r: T6 e. D2 K K
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发表于 2024-4-13 09:26:00
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