《芯片战争：世界最关键技术的争夺战》第五部分：光刻战争

《芯片战争：世界最关键技术的争夺战》是美国经济史学家克里斯·米勒撰写、蔡树军翻译的科技类著作。该书以半导体产业全球分工为主线，追溯从冷战至今的芯片技术发展历程，阐释芯片在现代军事、经济和地缘政治中的战略地位。全书涵盖美国通过技术博弈确立主导地位、台湾半导体产业崛起、华为5G技术受限等案例，分析全球芯片短缺与供应链危机背后的国家竞争。书中提及美国《芯片法案》补贴政策、EUV光刻机研发困境等议题，揭示大国在人工智能与军事技术领域的核心博弈。

光刻战争

1992年，当约翰·卡拉瑟斯（JohnCarruthers）在加利福尼亚州圣克拉拉市英特尔总部的⼀个会议室坐下时，他没想到向英特尔⾸席执⾏官安迪·格鲁夫索要2亿美元会很容易。 作为英特尔研发⼯作的领导者，卡拉瑟斯习惯于下⼤赌注。有些成功了，有些失败了，但英特尔的⼯程师们和业内其他⼈⼀样，⼤多成功了。到1992年，由于格鲁夫决定将英特尔的精⼒集中在个⼈电脑微处理器上，英特尔再次成为世界上最⼤的芯⽚制造商。

但卡拉瑟斯的要求远远超出了通常的研发项⽬。与业内其他⼈⼀样，卡拉瑟斯知道现有的光刻⽅法很快将⽆法⽣产下⼀代半导体所需的更⼩的晶体管。光刻机公司正在推出使⽤深紫外光的⼯具，其波⻓为248纳⽶或193纳⽶，⼈眼看不⻅。但不久之后，芯⽚制造商将要求更⾼的光刻精度。卡拉瑟斯想瞄准波⻓为13.5纳⽶的极紫外光。波⻓越短，可以制作在芯⽚上的器件尺⼨就越⼩。只有⼀个问题：⼤多数⼈认为极紫外光不可能⼤规模产⽣。

格鲁夫怀疑地问道：“你是想告诉我，你打算把钱花在⼀些我们甚⾄不知道是否会奏效的事情上？”卡拉瑟斯反驳道：“是的，安迪，这叫研究。”格鲁夫求助于英特尔前⾸席执⾏官⼽登·摩尔，摩尔仍然是该公司的顾问。格鲁夫问道：“你会怎么做，⼽登？”摩尔反问道：“嗯，安迪，你还有其他选择吗？”答案很明显：没有。芯⽚⾏业要么学会使⽤越来越短的波⻓进⾏光刻，要么摩尔定律对应的晶体管缩⼩将停⽌。这样的结果将给英特尔的业务带来毁灭性的打击，也会给格鲁夫带来耻辱。格鲁夫给了卡拉瑟斯2亿美元，⽤于开发EUV光刻技术。英特尔最终花费了数⼗亿美元进⾏研发，还花费了数⼗亿美元学习如何使⽤EUV光刻芯⽚。英特尔从未计划制造⾃⼰的EUV设备，但需要保证⾄少有⼀家世界先进的光刻机公司将EUV设备推向市场，这样英特尔就可以拥有光刻更⼩器件所需的⼯具。

⾃从杰伊·莱思罗普在美国军事实验室把显微镜倒置以来，光刻技术的未来⽐任何时候都更加令⼈怀疑。光刻⾏业存在三个问题：⼯程、商业和地缘政治。在芯⽚制造的早期，晶体管尺⼨很⼤，光刻机使⽤的光波⽆关紧要。但是，摩尔定律已经发展到光波波⻓的尺度（⼏百纳⽶，取决于光颜⾊），光波会严重影响光刻的质量。到了20世纪90年代，最先进的晶体管以数百纳⽶为单位进⾏度量，但⼈们已经有可能设想出⻓度只有⼗⼏纳⽶的更⼩的晶体管。

⼤多数研究⼈员认为，⽣产这种晶体管尺⼨的芯⽚，需要更先进的光刻机。⼀些研究⼈员试图使⽤电⼦束来光刻，但电⼦束光刻技术的速度始终不够快，⽆法⼤规模⽣产。其他⼈把赌注押在X射线或极紫外光上，每⼀种都会与不同的光刻胶化学物质发⽣反应。在⼀年⼀度的国际光刻专家会议上，科学家们讨论了哪种技术会获胜。⼀位与会者说，现在是⼀个在相互竞争的⼯程师群体之间的“光刻战争”时代。

寻找新的最好光源的“战争”，只是光刻未来三场竞赛中的⼀场。第⼆场竞赛是商业性的，是关于哪家公司将制造下⼀代光刻机。开发新光刻设备的巨⼤成本推动了⾏业的集中，⼀家或两家公司将主宰市场。在美国，GCA已经被清算，⽽硅⾕集团（SiliconValleyGroup）——⼀家从珀⾦埃尔默衍⽣出来的光刻机公司，远远落后于市场领导者佳能和尼康。20世纪80年代，美国芯⽚制造商抵挡住了⽇本的挑战，但美国光刻机制造商没有。

佳能和尼康唯⼀真正的竞争对⼿是阿斯⻨，这是⼀家规模虽⼩但正在成⻓的荷兰光刻机公司。1984年，荷兰电⼦公司⻜利浦剥离内部光刻部⻔，创建了阿斯⻨。在芯⽚价格暴跌导致GCA业务下滑的同时，分拆的时机也⾮常糟糕。更重要的是，在距离荷兰与⽐利时边境不远的维尔德霍芬镇，似乎不太可能诞⽣半导体⾏业的世界级公司。欧洲是⼀个相当⼤的芯⽚⽣产地，但明显落后于硅⾕和⽇本。

1984年，当荷兰⼯程师弗⾥茨·范霍特（FritsvanHout）在获得物理硕⼠学位并加⼊阿斯⻨时，公司员⼯问他是⾃愿还是被迫接受这份⼯作。 范霍特回忆道，阿斯⻨除了与⻜利浦的关系，“我们既没有制造设施，也没有钱”。 为光刻机建造庞⼤的内部制造设施是不可能的，取⽽代之，该公司决定从世界各地精⼼采购零部件组装系统。依赖其他公司的关键组件会带来明显的⻛险，但阿斯⻨学会了防范这些⻛险。尽管⽇本试图制造所有部件，但阿斯⻨可以购买市场上最好的部件。 随着阿斯⻨开始专注于开发EUV⼯具，从不同来源集成组件的能⼒成为其最⼤的优势。

出乎意料的，阿斯⻨的第⼆个优势是它在荷兰的位置。20世纪80年代和90年代，阿斯⻨在⽇本和美国之间的贸易争端中被视为中⽴。美国公司将阿斯⻨视为尼康和佳能值得信赖的替代者。例如，当美国DRAM初创公司美光想要购买光刻机时，它转向了阿斯⻨，⽽不是依赖两个主要的⽇本供应商，这两个供应商都与美光在⽇本的DRAM竞争对⼿有着千丝万缕的联系。

阿斯⻨从⻜利浦分拆出来的历史也以惊⼈的⽅式促进了与台积电的深厚关系。⻜利浦⼀直是台积电的基⽯投资者，曾将其制造⼯艺技术和知识产权转让给初创的台积电。这给了阿斯⻨⼀个内置市场，因为台积电的晶圆⼚是围绕⻜利浦的制造⼯艺设计的。1989年，台积电晶圆⼚的⼀场意外⽕灾也在⼀定程度上起了推动作⽤，台积电因此购买了另外19台新的光刻机，这些费⽤由⽕灾保险⽀付。阿斯⻨和台积电最初都是芯⽚⾏业边缘的⼩公司，但它们共同成⻓，形成了⼀种伙伴关系。如果没有这种伙伴关系，那么如今的计算技术进步将停滞不前。

阿斯⻨和台积电的合作关系指向了20世纪90年代的第三场“光刻战争”。这是⼀场政治竞赛，尽管很少有⾏业或政府的⼈愿意⽤这类术语来思考。当时，美国正在庆祝冷战结束，并兑现其和平红利。如果以技术、军事或经济实⼒来衡量，那么美国领先于世界其他国家，⽆论是其盟友还是对⼿。⼀位颇具影响⼒的评论员宣称，20世纪90年代是⼀个“单极时代”，美国的主导地位是毋庸置疑的。 了美国可怕的技术和军事实⼒。

1992年，当安迪·格鲁夫准备批准英特尔在EUV光刻技术研究⽅⾯的第⼀笔重⼤投资时，⼈们很容易理解为什么即使是从冷战军事⼯业综合体中崛起的芯⽚⾏业，也得出了政治不再重要的结论。这位管理⼤师承诺，在未来的“⽆国界世界”，全球商业格局将由利润⽽⾮权⼒来塑造。 经济学家在谈论加速全球化，⾸席执⾏官和政治家们都接受了这些新的时尚观点。与此同时，英特尔再次占据了半导体业务的顶端。英特尔曾抵挡住了其⽇本竞争对⼿，当时⼏乎垄断了个⼈电脑芯⽚的全球市场。⾃1986年以来，英特尔每年都赢利。 为什么它还要担⼼政治？

1996年，英特尔与美国能源部运营的⼏个实验室建⽴了合作伙伴关系，这些实验室在光学和其他领域拥有使EUV⼯作所需的专业知识。⼀位⾏业内⼈⼠回忆道，英特尔召集了六家芯⽚制造商加⼊该联盟，但英特尔⽀付了95%的费⽤。 英特尔知道劳伦斯·利弗莫尔（LawrenceLivermore）和桑迪亚（Sandia）国家实验室的研究⼈员拥有制造EUV原型系统的专业知识，但其重点是科学，⽽不是⼤规模⽣产。

卡拉瑟斯解释道，英特尔的⽬标是“制造东⻄，⽽不仅仅是测量”，因此该公司开始寻找⼀家能够商业化和⼤规模⽣产EUV⼯具的公司。结果，没有⼀家美国公司能做到这⼀点。GCA不再存在。美国最⼤的光刻机公司是硅⾕集团，但该公司在技术上落后。美国政府对20世纪80年代的贸易摩擦仍然很敏感，不希望⽇本的尼康和佳能与美国国家实验室合作，尽管尼康认为EUV技术不会奏效。对于美国来说，阿斯⻨是仅存可选的光刻机公司。

让外国公司获得美国国家实验室最先进研究成果的想法，在华盛顿引发了⼀些问题。EUV光刻技术并没有⽴即应⽤于军事领域，当时还不清楚EUV能否发挥作⽤。但如果真的这样做了，那么美国将依赖阿斯⻨作为所有计算的基础⼯具。但除了美国国防部的⼀些官员外，华盛顿⼏乎没有⼈担⼼。 ⼤多数⼈认为，阿斯⻨和荷兰政府是可靠的合作伙伴。对政治领导⼈来说，更重要的是对就业的影响，⽽不是地缘政治。 美国政府要求阿斯⻨在美国建⽴⼀个⼯⼚，为其光刻机制造组件，并向美国客户提供产品和雇⽤美国员⼯，但阿斯⻨的⼤部分核⼼研发在荷兰进⾏。美国商务部、国家实验室和相关公司的关键决策者表示，政府在做此决定的时候没有考虑太多的政治因素。

尽管⻓期拖延和巨额成本超⽀，但是EUV伙伴关系仍缓慢取得进展。尼康和佳能被排除在美国国家实验室的研究之外，决定不制造⾃⼰的EUV⼯具，使阿斯⻨成为世界上唯⼀的⽣产商。与此同时，2001年，阿斯⻨收购了美国最后⼀家⼤型光刻机公司硅⾕集团。当时，硅⾕集团已经远远落后于⾏业领先者，但⼈们再次质疑该交易是否符合美国的安全利益。在DARPA和美国国防部（数⼗年来⼀直在资助光刻⾏业）内部，⼀些官员反对这次交易。美国国会也提出了担忧，三位参议员写信给乔治·W.布什总统，称“阿斯⻨最终将拥有美国政府的所有EUV光刻技术”。

这是不可否认的事实，但美国的实⼒正处于巅峰，华盛顿的⼤多数⼈认为全球化是⼀件好事。美国政府的主要信念是，通过⿎励俄罗斯或中国等⼤国专注于获取财富⽽⾮地缘政治⼒量来扩⼤贸易和供应链联系将促进“和平”。声称美国光刻业的衰落将危及安全的说法被认为与全球化和互联互通的新时代格格不⼊。与此同时，芯⽚⾏业只是想尽可能⾼效地制造半导体，在没有⼤型光刻机公司的情况下，除了押注于阿斯⻨，美国还有什么选择？

英特尔和其他⼤型芯⽚制造商认为，将硅⾕集团出售给阿斯⻨对于开发EUV光刻机⾄关重要，因此对计算的未来⾄关重要。2001年，英特尔新任⾸席执⾏官克雷格·巴雷特表示：“如果⼆者不合并，美国开发新⼯具的过程将被推迟。”冷战结束后，刚刚上台的布什政府希望放松对所有商品的技术出⼝管制，直接⽤于军事⽤途的商品除外，政府将该战略描述为“围绕最⾼敏感度的技术建造⾼墙”，但EUV光刻技术没有被列⼊其中。

因此，下⼀代EUV光刻机将主要在国外组装，尽管⼀些部件仍在康涅狄格州的⼀个⼯⼚中制造。凡是提出美国如何保证获得EUV⼯具的问题的⼈，都被指责在全球化世界中保持冷战思维。那些谈论技术在全球传播的商业⼤师却在曲解现状。产⽣EUV光刻技术的科学⽹络遍布全球，汇集了来⾃美国、⽇本、斯洛⽂尼亚和希腊等不同国家的科学家。 但EUV光刻机的制造不是全球化的，⽽是垄断的，由单⼀公司管理的单⼀供应链将控制光刻技术的未来。