美媒：美國芯片製造技術本可以遙遙領先，都怪英特爾

4月12日消息，芯片技術是當今人工智能革命的核心，美國在這一技術的早期研究中曾發揮過關鍵作用。然而，現在一家荷蘭公司壟斷了最重要的芯片生產工具，而亞洲製造商則主導了整個芯片生產領域。這是美國的一次戰略性巨大失誤。

極紫外（EUV）光刻機無疑是當前世界上最關鍵的電子設備。這些機器的出現使得人們能製造出具有突破性處理能力的芯片，爲新一代人工智能工具鋪設了發展道路。例如，ChatGPT和谷歌Gemini等人工智能平臺，其執行的複雜、多層次計算任務大大加速了許多原本需要人工操作的流程。在這種情況下，獲取EUV技術對美國和中國來說已成爲一個國家經濟安全的戰略關鍵。

目前全球面臨的一大問題是，只有阿斯麥一家公司生產EUV光刻機。這些設備體積龐大，相當於一輛公交車大小，每臺的成本超過2億美元。到目前爲止，阿斯麥已經售出了200多臺EUV光刻機，其股票成爲歐洲市場上最有價值的科技股，總市值超過3500億美元。

那麼美國是如何放棄對這一關鍵技術的控制權的呢？部分原因在於，當年只有少數行業高管認爲EUV光刻機技術是可行的。而另一個原因是，長期以來作爲全球最大芯片製造商的英特爾公司出現了重大的戰略誤判。

近乎原子尺度

硅芯片由晶體管組成，本質上是一系列門和開關，它們構成了現代計算中0和1的物理基礎。爲了讓計算機更爲強大，芯片工程師們一直在努力將晶體管做得更小。上世紀中葉發明的第一批晶體管長度約爲一釐米，而現在，它們的寬度僅爲幾納米，即十億分之幾米。

在製造芯片的最初幾十年中，人們使用可見光在硅片上刻蝕圖案來製造晶體管，這一過程稱爲光刻。隨後，整個行業轉向了紫外光技術。到了20世紀80年代，科學家們開始探索如何將芯片製造推進到接近原子規模，以保持技術創新的步伐。總部位於新澤西州的貝爾實驗室的研究人員開始研究極紫外線技術，隨後美國能源部的三個國家實驗室——勞倫斯利弗莫爾實驗室、勞倫斯伯克利實驗室和桑迪亞實驗室也加入了研究。美國能源部最終爲這項研究投入了數億美元。

芯片製造商的冒險

隨着這些機構在關鍵技術環節取得進展，他們意識到要將這種技術推向市場，行業支持是必不可少的。1997年，一家名爲EUV LLC的公私合營機構成立，其成員包括美國的英特爾、AMD和摩托羅拉公司。光刻設備製造商硅谷集團(Silicon Valley Group Inc.)以及荷蘭的阿斯麥後來也加入了該機構，阿斯麥同時還參與了歐洲一個類似的EUV研究聯盟。

當時，日本的尼康和佳能是光刻領域的領頭羊，被視爲美國在芯片製造領域的主要威脅。因此，美國選擇不在新一代技術競爭中支持日本，而是轉向支持硅谷集團和阿斯麥。阿斯麥全力投入到EUV技術的研發中，並在接下來的幾年裡深入挖掘其技術潛力。2001年，阿斯麥斥資11億美元收購了硅谷集團，從而在競爭中取得了優勢。當時，阿斯麥預計到2006年EUV技術將具備商業可行性。

技術挑戰

事實證明，這種看法過於樂觀。EUV技術極其複雜，它涉及使用高功率激光以每秒五萬次的速度轟擊錫滴，產生可以發射極紫外光的等離子體。由於這種光在地球自然環境中會被空氣吸收，整個過程必須在真空中進行。然後，通過一系列鏡子將光線聚焦並反射到掩膜板上。掩膜板可以阻擋和吸收部分光線，從而形成要刻蝕到芯片上的電路圖案。

考慮到操作規模近乎原子級，由德國蔡司公司製造的鏡子必須極其平滑：最大瑕疵也只能高出一個原子。阿斯麥表示，如果將這些鏡子比作一個國家的面積，最高的凸起不會超過1毫米。激光轟擊熔化錫的過程同樣棘手，需定期清理，導致設備頻繁停機。這樣的設備要經濟實惠幾乎難以想象，尤其是半導體制造設備需要無休止地運轉，每週七天、每天二十四小時，以證明數十億美元的投資是合理的。

直到2012年，業界纔開始認爲這項技術可能是可行的，儘管仍需鉅額投資。因此，阿斯麥轉向了其最大的客戶：臺積電投資了14億美元，三星電子投資了9.74億美元，而英特爾承諾最多投資41億美元。當時，這三家芯片製造商共持有阿斯麥約四分之一的股份。

這一策略最終取得了成功。到2018年，阿斯麥開始大規模出貨EUV光刻機。儘管早期的絕大多數工作都是在美國完成的，並且英特爾是阿斯麥的最大產業支持者，但首代機器並沒有一臺交付給英特爾。

製程工藝

這並非阿斯麥的決定，而是英特爾的選擇。當時的英特爾首席執行官布萊恩·科再奇（Brian Krzanich）對這項技術是否能產生經濟效益缺乏信心，他決定繼續依賴現有技術，直到EUV技術中的問題得到解決。科再奇對此有足夠的信心，畢竟在尖端芯片製造工藝方面，英特爾一直處於行業領先地位。

然而，這最終證明是一個錯誤。大約在2018年，使用EUV技術的臺積電在技術上首次超越了英特爾。臺積電承接芯片代工業務，爲蘋果、英偉達和AMD等客戶進行生產。

與此同時，英特爾採用的“多重光刻”替代技術在可靠性方面遇到問題。當英特爾的工藝調整至能夠量產芯片時，臺積電和三星已經開始生產更先進的芯片。

英特爾仍在爲自己的誤判付出代價。

2021年接任英特爾首席執行官的帕特·蓋爾辛格（Pat Gelsinger）在今年四月份表示：“我們採取了多種措施來避免對EUV光刻機的依賴，但正如你所見，這導致我們在芯片的功率、性能、尺寸和成本方面都存在不足。”

股市也反映了這一錯誤的嚴重性。早在2012年投資阿斯麥時，英特爾的市值是英偉達的15倍，幾乎是臺積電的兩倍。而現在，英特爾的市值僅是這兩家公司的一小部分：英特爾市值爲1640億美元，臺積電市值爲6500億美元，英偉達市值達到2.2萬億美元。這在很大程度上是因爲英特爾未能掌握EUV技術。

蓋爾辛格急於確保自己不會重蹈覆轍。英特爾正在大力投資於新一代EUV技術：高數值孔徑技術。這種方法採用新光學系統將光線聚焦至更小點上，英特爾已在俄勒岡州安裝第一臺預生產模型。（辰辰）