美国芯片制造的重大失误 [译]

这台机器或许是全球最重要的设备，无论从科技、经济还是地缘政治角度来看。没有它，全球经济将会走缓，科技进步也会受阻。虽然每台设备的价格高达 2 亿美元，然而全球仅有 200 台左右，而且只有少数在美国。更为关键的是，美国政府一直在竭力防止这些设备流入中国市场，尽管这项技术最初就是在美国开发的。这是一个揭示物理学与商业相交集，对全球经济产生深远影响的故事。

那么，美国又是如何错失这个极为重要的科技成果的呢？这台被称为极紫外线光刻（EUV）机器的设备，是世界上最先进的半导体制造设备。正是由于这项 EUV 技术，我们才能拥有如此高速的 iPhone，以及 AI 革命中的聊天机器人和 ChatGPT。荷兰 ASML 公司，这家唯一能生产光刻机的公司，因此成为了欧洲最大的科技公司。

光刻技术是一种将电路设计精确刻蚀到芯片上的方法，这一步骤在半导体制造过程中至关重要。而极紫外线光刻机的巨大规模，简直是令人震撼。每台设备大如一辆公交车，却能在仅有亿分之一米的芯片上刻制图案。他们如何实现这一目标是一项了不起的工程技术。

一台高功率激光器会向微小的锡滴射击以每秒 50，000 次的频率。这会生成一种等离子体，它能发出波长为 13.5 纳米的极紫外光。这种光在地球上并不自然存在，事实上，它会被大多数材料，包括空气所吸收。因此，整个过程都在真空环境下进行，一系列镜子会反射并聚焦 EUV 光。每个镜子都涂有钼和硅的多层，它们被磨得光滑至一个原子的厚度。这一点很重要，因为任何瑕疵都会降低正在生产的芯片的质量。

在这个过程的中途，EUV 光会被一个光掩模盘反射，这个光掩模盘上刻有需要刻在芯片上的电路图案。然后这些图案被反射并进一步聚焦，使图案更小，然后投射到硅片上。每片硅片上都刻有数十亿个这样的图案。

问题是，这样做的难度极高。半导体行业总是在努力制造更小的芯片，这种能力的持续提升推动了全球经济的持续增长。而现在，制造半导体的一些材料的层次厚度已经达到了仅有一个原子。没有比一个原子更薄的了。半导体最终面临的问题是他们真的接近了物理的极限。

在 1980 年代，科学家开始认为极紫外光可能是在半导体制造中达到原子级别的精度的最佳方式。美国政府，通过所谓的国家实验室，总是在为半导体行业提供一些基础的技术支持。实际上，能源部在美国的三个实验室投入了数千万美元进行极紫外光研究。为了从研究走向现实，包括 Intel、AMD 和摩托罗拉在内的公司形成了联盟。他们会匹配任何政府的支出。

1999 年，一个名不见经传的荷兰光刻公司 ASML 也加入了。记住，在 1990 年代，日本对美国的芯片产业的主导地位构成了重大威胁。美国政府在 ASML 和日本公司之间选择了 ASML，当时日本公司在光刻领域处于领先地位。ASML 全力以赴。他们认为这项技术的商业化可能在 2006 年就能实现。

EUV 技术可谓是科技界的一次壮举，其复杂程度令人难以置信。到了 2012 年，虽然取得了一些进展，但还需要更多的努力。看起来极紫外光的应用是有可能的，然而 ASML 实际上需要大量的投资。于是他们向他们的客户求助。台积电、三星和 Intel 决定，极紫外光（EUV）技术的重要性不言而喻。因此，他们决定投入数十亿美元以确保这项技术的实现。其中，Intel 的贡献最大。

归功于 ASML 的坚持，他们耗费了数年时间和巨额资金，才将我们今天所知的极紫外光（EUV）技术变为现实。2017 年，ASML 开始大规模出货这些设备。然而，尽管 Intel 等美国公司和美国政府投入了数十亿美元，第一代的设备却全部流向了台积电和三星。这并非 ASML 不愿向 Intel 销售设备。Intel 认识到了 EUV 的重要性，但他们也看到了其中的问题。这是他们做出的决定，也是一项让他们付出巨大代价的决定。

当时的 CEO Brian Krzanich 认为 Intel 并不能从 EUV 中获利，没有它也无所谓。Intel 是业内最大的公司，主导了该行业几十年。其他公司都在迎头赶上。这就是 Intel 和台积电制造芯片的规模。两家的芯片都在不断缩小，但在规模缩小方面，Intel 一直处于领先地位。然而在 2018 年，台积电第一次超过了 Intel。原因很简单，台积电使用的是 EUV 制造的芯片，而 Intel 没有。

三星的 Galaxy Note 10 智能手机上市后不久，采用 EUV 工艺制造芯片的消费设备也随之问世。Apple 紧随其后。但是，出现了一个问题。华为，曾是世界上最大的智能手机制造商，从台积电购买芯片。中国的设备制造商生产的一些最先进的智能手机，引起了美国政府的注意。华为非常危险。看看他们在安全方面做了什么，在军事方面，这实在是非常危险。

极紫外光的讽刺在于，尽管许多底层技术源自美国，但该技术的直接和间接受益者并未真正集中在美国。你看，有一个在中国大陆的公司从台湾的一家公司那里购买芯片，使用的设备是荷兰制造的。这个齿轮上的关键部分是由一个他们无法直接控制的国家的公司制造的。因此，华盛顿付出了很多努力，试图说服荷兰不要让 ASML 向中国出口极紫外光。关于 ASML 未向中国发货的详细情况一直不明朗。我们只知道他们一再强调，我们从未向中国发货过极紫外光。

在 2012 年，Intel 的规模比 Nvidia 大 15 倍，几乎是台积电的两倍。那时它第一次投资了 ASML。然而，Intel 在极紫外光技术上的犹豫不决，让一些竞争对手赶超了它。Intel 的增长停滞不前，与此同时，台积电和尤其是 Nvidia 的发展迅速。在 Krzanich 的领导下，Intel 的领导团队失去了统治地位这在 Intel 内部引发了一连串的反应。Krzanich 离职，一些其他领导层被更换，公司开始努力恢复运营，新的领导层得出的结论之一是，我们需要 EUV。

我们与 ASML 有着紧密的合作关系，我们现在的目标是保持在 EUV 使用的最前沿，这个计划正在稳步推进。这就是 Intel 现任 CEO Patrick P. Gelsinger，他正在全力支持下一代技术的发展。EUV 领域的新事物被称为高数值孔径或者高 NA EUV。为了让你明白这有多么重要，Intel 一直在大力宣传他们已经拥有了第一台高 NA 机器。

这其中涉及到巨大的利益。美国在半导体领域的领导地位，以及美国总统乔·拜登的《CHIPS 法案》的成功，该法案已经为半导体行业拨款了 1000 亿美元的补贴。我们将努力让先进的半导体制造在美国重获新生，这已经有 40 年了。政治家们终于意识到了半导体的重要性，而 Intel 振兴公司的全部计划就是基于他们能够获得政府的资金支持，建设半导体工厂，并再次在半导体技术领域占据领导地位。