光刻机大败局!一代霸主 被美国政府打压没落

今日头条
Toutiao
最新回复:2020年6月1日 22点33分 PT
  返回列表
75955 阅读
56 评论
远川科技评论

在芯片领域,有一样叫光刻机的设备,不是印钞机,但却比印钞机还金贵。

历数全球,也只有荷兰一家叫做阿斯麦(ASML)的公司集全球高端制造业之大成,一年时间造得出二十台高端设备,台积电与三星每年为此抢破了头,中芯国际足足等了三年,也没能将中国的首台EUV光刻机迎娶进门。

但其实,早在上世纪80年代,阿斯麦还只是飞利浦旗下的一家合资小公司。全司上下算上老板31位员工,只能挤在飞利浦总部旁临时搭起的板房里办公。一出门就能看到板房旁边一只巨大的垃圾桶。出门销售,也只能顶着母公司的名义,在对手的映衬下,显得弱小、可怜,又无助。

不过说起来,作为半导体行业“皇冠上的明珠”,光刻机的本质其实与投影仪+照相机差不多,以光为刀,将设计好的电路图投射到硅片之上。在那个芯片制程还停留在几十纳米的时代,能做光刻机的企业,少说也有数十家,而尼康凭借着相机时代的积累,在那个日本半导体产业全面崛起的年代,正是当之无愧的巨头。

短短四年,就将昔日光刻机大国美国拉下马,与旧王者GCA平起平坐,拿下三成市场份额。手里几家大客户英特尔、IBM、AMD、德州仪器,每天排队堵在尼康门口等待最新产品下线的热情,与我们如今眼巴巴等着阿斯麦EUV光刻机交货的迫切并无二致。

但谁也不曾想,二十年不到,风光对调,作为美国忠实盟友的阿斯麦一跃翻身,执掌起代工厂的生杀大权,更成为大国博弈之间的关键杀招。“如果我们交不出EUV,摩尔定律就会从此停止”,阿斯麦如是说。

但这真的只是一个盛产风车、郁金香的国家,凭借一个三十多人的创始团队,所诞生的一个制造业奇迹,半导体明珠吗?

其实,从那台等了整整三年还未曾交付的EUV背后,我们不难看出背后真正的赢家。

灰姑娘翻身做王后背后,绵延十多年的,是封锁与反抗,也是复仇与合作。

Part.1

从市场角度出发,作为上世纪九十年代最大的光刻机巨头,尼康的衰落,始于那一回157nm光源干刻法与193nm光源湿刻法的技术之争。

背后起主导作用的,是由英特尔创始人之一戈登·摩尔(Gordon Moore)提出的一个叫做摩尔定律的产业规范:集成电路上可容纳的元器件的数量每隔18至24个月就会增加一倍(相应的芯片制程也会不断缩小)。而每一次制程前进,也会带来一次芯片性能的飞跃。

这是对芯片设计的要求,但同时也在要求光刻机必须领先设计环节一步,交付出相应规格的设备来。

几十纳米时代的光刻机,门槛其实并不高,三十多人的阿斯麦能轻易入局这个行业,连设计芯片的英特尔也可以自己做出几台尝尝鲜,难度左右不过是把买回来的高价零件拼拼凑凑,堆出一台难度比起照相机高深些许的设备。

尼康与他们不同的是,对手靠的是产业链一起发力,而尼康的零件技术全部自己搞定,就像如今的苹果,芯片、操作系统大包大揽,随便拿出几块镜片,虽不见得能吊打蔡司,但应付当时的芯片制程却是绰绰有余的。

但造芯也好,造光刻机也好,关卡等级其实是指数级别增加的,上世纪90年代,光刻机的光源波长被卡死在193nm,成为了摆在全产业面前的一道难关。

雕刻东西,花样要精细,刀尖就得锋利,但是要如何把193nm的光波再“磨”细呢?大半个半导体业界都参与进来,分两队人马跃跃欲试:

尼康等公司主张在前代技术的基础上,采用157nm的 F2激光,走稳健道路。

新生的EUV LLC联盟则押注更激进的极紫外技术,用仅有十几纳米的极紫外光,刻十纳米以下的芯片制程。

但技术都已经走到这地步,不管哪一种方法,做起来其实都不容易。

这时候台积电一个叫做林本坚的鬼才工程师出现了:

降低光的波长,光源出发是根本方法,但高中学生都知道,水会降低光的波长——在透镜和硅片之间加一层水,原有的193nm激光经过折射,不就直接越过了157nm的天堑,降低到132nm了吗!

林本聪拿着这项“沉浸式光刻”方案,跑遍美国、德国、日本等国,游说各家半导体巨头,但都吃了闭门羹。甚至有某公司高层给台积电COO蒋尚义捎了句狠话,让林本坚“不要搅局”。[1]

毕竟这只是理想情况,在精密的机器中加水构建浸润环境,既要考虑实际性能,又要操心污染。如果为了这一条短期替代方案,耽误了光源研究,吃力不讨好只是其次,被对手反超可就不好看了。

于是,尼康选择了在157nm上一条道走到黑,却没意识到背后有位虎视眈眈的搅局者。

当时尚是小角色的阿斯麦决定赌一把,相比之前在传统干式微影上的投入,押注浸润式技术更有可能以小博大。于是和林本坚一拍即合,仅用一年时间,就在2004年拼全力赶出了第一台样机,并先后夺下IBM和台积电等大客户的订单。

尼康晚了半步,很快也就亮出了干式微影157nm技术的成品,但毕竟被阿斯麦抢了头阵,更何况波长还略落后于对手。等到一年后又完成了对浸润式技术的追赶,客户却已经不承认“老情人”,毕竟光刻机又不是小朋友玩具,更替要钱,学习更要成本。

但这一切还只是个开始。

Part.2

两千年初踏错了干刻湿刻的选择之前,其实早于1997年,在美国政府一手干预下,尼康被EUV LLC排挤在外时,就已经注定了如今光刻机市场一家独大的结局。

前面提到,当年为了尝试突破193nm,英特尔更倾向于激进的EUV方案,于是早在1997年,就攒起了一个叫EUV LLC的联盟。

联盟中的名字个个如雷贯耳:除了英特尔和牵头的美国能源部以外,还有摩托罗拉、AMD、IBM,以及能源部下属三大国家实验室:劳伦斯利弗莫尔国家实验室、桑迪亚国家实验室和劳伦斯伯克利实验室。

这些实验室是美国科技发展的幕后英雄,之前的研究成果覆盖物理、化学、制造业、半导体产业的各种前沿方向,有核武器、超级计算机、国家点火装置,甚至还有二十多种新发现的化学元素。

资金到位,技术入场,人才云集,但偏偏联盟中的美国光刻机企业SVG、Ultratech早在80年代就被尼康打得七零八落,根本烂泥扶不上墙。于是,英特尔想拉来尼康和阿斯麦一起入伙。但问题在于,这两家公司,一个来自日本,一个来自荷兰,都不是本土企业。

偏偏,美国政府又将EUV技术视为推动本国半导体产业发展的核心技术,并不太希望外国企业参与其中,更何况八十年代在半导体领域压了美国风头的日本。

但EUV光刻机又几乎逼近物理学、材料学以及精密制造的极限。光源功率要求极高,透镜和反射镜系统也极致精密,还需要真空环境,配套的抗蚀剂和防护膜的良品率也不高。别说日本与荷兰,就算是美国,想要一己之力自主突破这项技术,也是痴人说梦。

美国自然不会给日本投诚然后扼住美国半导体咽喉的机会。在一份提交给国会的报告之中,专家明确指出“尼康可能会将技术转移回日本,从而彻底消灭美国光刻机产业”。[2]

日本是敌人,但荷兰还是有改造成“美利坚好同志”的机会的。

为了表现诚意,阿斯麦同意在美国建立一所工厂和一个研发中心,以此满足所有美国本土的产能需求。另外,还保证55%的零部件均从美国供应商处采购,并接受定期审查。所以为什么美国能禁止荷兰的光刻机出口中国,一切的原因都始于此时。[3]

但不管怎么说,美国能源部还是和阿斯麦达成了协议,允许其加入EUV LLC,共同参与开发,共享研究成果。

6年时间里,EUV LLC的研发人员发表了数百篇论文,大幅推进了EUV技术的研究进展,割地求和的阿斯麦虽然只是其中的小角色,但也有机会分得一杯羹。

分享技术只是一方面,收购走后门其实也是美国送给阿斯麦的一份大礼。2009年,美国的Cymer公司研发出EUV所需的大功率光源,成为阿斯麦的供应商,更在四年后以25亿美元高价直接被并购。别忘了,这可是光刻机的核心零件,这样顶尖的技术,全球范围也不超过三家。

毫不夸张的说,阿斯麦虽然是一家荷兰企业,但崛起的背后,其实是一场地地道道的美国式成功。

Part.3

错失EUV关上了尼康光刻机的大门,而盟友的背叛则彻底焊死了尼康想要突围的出路。

说实话,当年的英特尔为了防止核心设备供应商一家独大,还是其实挺想带着尼康一起玩的。

32nm工艺制程时甚至独家采用尼康的光刻机,而之前的45nm,之后的22nm,也都是尼康和阿斯麦同时供货。就连在2010年的LithoVision大会上,英特尔还宣布将一直沿用193nm沉浸式光刻至11nm节点。

但备胎终究是备胎,一转身,英特尔就为了延续摩尔定律的节奏,巨资入股阿斯麦,顺带将EUV技术托付。

另一边,相比一步步集成了全球制造业精华的阿斯麦,早年间就习惯单打独斗的尼康在遭遇美国封锁后,更是一步步落后,先进设备技术跟不上且不提,就连落后设备的制造效率也迟迟提不上来。

当年,相同制程,阿斯麦宣称“每小时可加工175~200片晶圆”,而尼康的数据是“每小时200片”。

但果真如此吗?这背后涉及到了一个叫做稼动率的制造业名词。简单理解为一台机器设备实际的生产数量与可能的生产数量的比值。

使用阿斯麦的设备,三星与台积电的稼动率常年维持在95%上下,一个词语概括,靠谱!

但反观尼康,被迫自研,什么零件都能做,但又总是差点意思。导致同一批次的相同设备,每一台的性能都不尽相同。就像买了二十台苹果手机,这台只能发微信,那台只能刷视频,剩下18台还正送检维修。

设备虽便宜,但稼动率最多只能达到50%左右,对晶元代工厂来说,实在不划算。[7]

因此,英特尔新CEO上任后,立刻抛弃了尼康,甚至就连大陆的芯片代工厂都看不上尼康,生产出的设备,只能卖给三星、LG、京东方,用来生产面板。

这边旧人哭,那边新人笑:2012年,英特尔连同三星和台积电,三家企业共计投资52.29亿欧元,先后入股阿斯麦,以此获得优先供货权,结成紧密的利益共同体。

站在EUV LLC的肩膀上,背靠美国支持,又有客户送钱,阿斯麦自此正式成为“全村的希望”,在摘取EUV光刻机这颗宝石的道路上,一路孤独地狂奔。

终于,在2015年,第一台可量产的EUV样机正式发布。正所谓机器一响,黄金万两,当年只要能抢先拿到机器开工,就相当于直接开动了印钞产线,EUV光刻机也因此被冠上了“印钱许可证”的名号。

而在这台机器价值1.2亿美元,重达180吨的巨无霸设备背后,实际上90%的部件均来自外部厂商,美国和欧洲的更是其中代表。

整个西方最先进的工业体系,托举起了如今的阿斯麦。而一代霸主尼康,也自此彻底零落在历史的尘埃之中。

a
ak47a
1 楼
如果说,制造工业是中国的第一次兴国的话。那么,高科技工业,就是中国的第二次兴国产业。 现在中国人积累了第一桶金,是该想想怎样去发掘第二桶金了。 希望中国今后也能产生出更多像微软、英特尔、三星、索尼这样的企业。
m
myemail889
2 楼
中国再过50年也造不出当下水平的光刻机。
y
ypt
3 楼
设计出你妈专用的姨妈巾
y
ypt
4 楼
请问你这个50年是怎么算出来的
杀无赦
5 楼
中国人都想赚快钱
真是服了你们
6 楼
不不不,发布的是200斤不换肩的扁担。 世界最先进的扁担。
真是服了你们
7 楼
不过日本尼康和佳能在技术断供的情况下也能自主生产光刻机吧。
g
gaotyuan2
8 楼
用abc868它妈妈的发光部位作为光源
g
gaotyuan2
9 楼
这扁担你母亲最喜欢用,工作情趣两不误
n
northlight
10 楼
他妈的嫖客透露的内部消息
刀枪不入
11 楼
客观上,体制有问题。相当一部分大型国有企业、政府管理机构、科研机构以拍马屁、造假、拉帮结派为优选,技术干部说真话会倒霉,行政干部捞一把就走的心态,缺少监督机制,不改革,光靠抓是抓不净的,抓了旧的好几天,新的上来接着捞。体制造就整体机制运行偏离正确的发展轨道。 主观上,中国是世界的一部分,不是全世界,德国再优秀,也没有在所有行业内处处领先,中国发展起步较晚,科技落后也是情理之中,追赶尚需时日。
我的Athlon
12 楼
这有啥。。中国建国70年。。还只能吃茶叶蛋炸菜和抓田鼠吃。。😂😂😂😂😂.. 你喜欢就好。。
蛤蟆长者
13 楼
: 这个恶心国家不要脸了 已经 看看法国阿尔斯通 赢不了 就不要脸搞你
真是服了你们
14 楼
: 你的恶心名不虚传。 我感觉你是不是卵生的?怎么说的出这么恶心的话。 你把这话给你妈妈看看,看她会不会为你高兴。
p
pittluck
15 楼
也不行 全世界没有全产业链的光刻机制造国 看好中国成为第一个
p
pittluck
16 楼
你没做过尼康光刻机fleet的tool matching 简直就是工程师的噩梦
H
Hanszy
17 楼
的确,这种靠技术立身的企业,如果是私营企业,就是生与死的抉择,从老板到员工哪个敢不拼命。 如果是国有企业,搞好了,领导没啥实际收益,搞砸了,大不了换个企业继续当官,员工都是铁饭碗,搞好了没好处搞砸了没责任,混饭吃就行。
g
gaotyuan2
18 楼
呵呵,天天上网阴阳怪气,被怼回来就觉得很受伤害? 歇了吧,您呐。
真是服了你们
19 楼
: 看来你还是不敢给你妈妈看啊。 胆小却恶心,就叫猥琐。 我叫你小琐琐吧。
吧吧吧吧
20 楼
: 要口爽的话,直接在后面加多几个零,那更显得差距。
A
AMONIA
21 楼
中日韩如能放下成见,通力合作,就没有白皮什么事儿了。
c
cyue88
22 楼
: 也别说得那么死。说不定30年也就造出来了
百川雲
23 楼
美國太過份了: 細思極恐的美國,完全沒人性、民主可言、只有:順我者昌 逆我者亡,這種德性只是赤裸裸的流氓強盜而已,什麼燈塔國?呸!想🤮吐,
百川雲
24 楼
世人最蔑視忘祖叛宗的次人類、這些跪洋狗在黑白豬眼裡永遠是一坨💩都不如的賤🐶: 不明白為什麼那麼多臺灣、香港省和邪輪子的中國人為了跪洋舔洋可以出賣自己的人格尊嚴和靈魂、這種信口雌黃、造謠惑眾、對外搖尾乞憐對內惡語內鬥的次類人在其他族裔里非常少見,悲哀,所以港燦在疫情中越嚎叫自己是香港人被黑、白豬打得越狠,台巴蛆的工廠越洗白自己被越南猴砸得越爛、
沙尘迷图
25 楼
垄断是在EUV之前了
j
jeffinvade
26 楼
: 50年有点夸张,5年吧,但5年造出7nm光刻机的时候人家已经在用3纳米了
j
jjjohnson
27 楼
中国应该去扶植被ASML淘汰的光刻机公司
咖喱球球
28 楼
: 是的,别的不说,波音747在1968年就制造出来,你叫中国去造试试看。
a
abc868
29 楼
用你家里的干尸作为光源。
a
abc868
30 楼
你狗娘生养你个贱种才是对狗最大的伤害。
W
Winterfog1
31 楼
: 没机会了,内交外困。 美帝彻底封杀外部技术引进 内部腐败,政治挂帅,急功近利
钢琴上的猫
32 楼
等中国把这个机器也干成白菜价的时候,会怎样?
T
Tsar
33 楼
迄今为止,中国能给做成白菜价的都是技术含量不太高的产品。 像光刻机航发这些尖端工业领域,没中国啥事情。
s
slzcmu
34 楼
等着吧,那么贵早晚遭报应!如果很快出现新的技术突破,ASML会死的很惨!抓紧时间垄断赚钱吧
s
slzcmu
35 楼
心里这么期望的吧?二鬼子!告诉你,不可能!只是时间长短的问题,白菜价是迟早的事情
木法沙
36 楼
上嘴唇下嘴唇一碰 你就放了个屁
牵狗遛达
37 楼
其实说到底,欧洲等西方国家还是不相信亚州,即使日本,韩国当了狗,连屁眼都贡献出来了,还是照样不信任。不过这也难怪,谁叫亚州国家普遍不争气啊
考拉国的蛋蛋
38 楼
中國收購尼康吧
a
airq
39 楼
我也这样认为。 这可能是中国打破壁垒的唯一机会
k
kitata
40 楼
主席设计的方法是 先回到梁家河找到初心,再研究包子是怎么做的,拿点灵感,然后再抓出一堆腐败分子,防止他们把研究经费贪污了。然后上一带一路广招人才,招来人犲先关到南海岛礁隔离三周以防心冠病毒
陈元龙
41 楼
因为它昨天吃了50口洋爹的屎 LOL
陈元龙
42 楼
呵呵,天天上网阴阳怪气,被怼回来就觉得很受伤害? 歇了吧,您呐。
专杠牧洋犬
43 楼
中国的领导人才不像川普是个懂王。你们这样为反而反有意思?会得到网友的支持?还是这是你们的工作,不发领不到工资。
a
abc868
44 楼
a
abc868
45 楼
p
pickle
46 楼
搞创新风险大出了事黑锅自己背没出事功劳归领导,这个就注定了国企没戏
c
carlos067
47 楼
美国就是个组织者,自己的很多东西都玩脱了,
a
ak47a
48 楼
: 不能灰心,相信中国人。从一穷二白走到今天,已经是世界少见的成就了。 中国虽然离世界某些技术还有一定距离,但中国的尖端科技还是不少的。 比如航天方面:有哪些国家可以探月?有几个国家可以建太空基地? 高铁也是中国一张闪亮的名片! 卫星导航也只有几个国家才搞得出来! 弹导导弹打航母核和量子通信卫星,更是世界独一无二! 歼20隐形战机技术,也不是那些老牌工业国说做就能做的! 华为就更不用说了,连美国都望而生畏! 中国是全球第一个建成大容量超低损陆地光缆! 我们要明白,中国只是输在起跑线上,同时又受到外面封锁。能在几十竿间,靠自己的努力,创下如此成就已经很了不起了! 不过,接下来的第四次工业革命,中国已经走向世界的前列了。比如智能化,边缘计算,5G、物联网,区块链技术。
神踩费翔
49 楼
: 呵呵
b
bruceleejkd81
50 楼
: 已经不可能了,美国那么多年的"实力再平衡"不是白费的 而且民主化最要命的一个绝招是好控制,这个总理首相不听话,背后操作一下就下来了,能上台的都深知原因,更不敢造反,而造反的下场看朴槿惠. 而且三星其实就完完全全是个美企,跟所谓的"荷兰ASML"一样,全身上下都是留着美国血的傀儡机器,美国一断供,立马就分崩离析了.
七素八荤
51 楼
中国赶上和超过需要的只是时间,看看现在淘宝上买的东西,很多东西农民自己发明的,过去这些小发明都只能看到外国人日本人在干。现在中国已经有了全套的基础,需要的就是提高,提高,再提高。美国脱钩是个好事,逼迫中国自己干。
至善
52 楼
: 中國五十年前就造出了你
a
abc868
53 楼
你妈的B不用姨妈巾,你爹用。刁你老母!