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发表于 2024-4-12 14:26:23 |显示全部楼层
来源: 凤凰科技

如今,英特尔CEO基辛格正急于确保自己不会重蹈前任的覆辙。

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阿斯麦的High-NA EUV光刻机

美国媒体周四发表文章,反思了美国在半导体发展过程中从领先到落后的原因,其中包括本土芯片巨头英特尔的误判。

以下是文章主要内容:

这是一个史诗级的战略失误。

美国在半导体技术发展的早期发挥了至关重要的作用,这项技术已成为当今人工智能(AI)革命的基石。然而,现在的格局是,一家荷兰公司垄断了半导体制造设备,亚洲制造商主导了生产。

极紫外光刻机(EUV)可以说是目前世界上最重要的电子设备。它的问世造就了后来的尖端芯片制造,实现了芯片处理能力的重大提升,为新一代AI工具铺平了道路。OpenAI旗下ChatGPT、谷歌Gemini等AI平台执行的大量多层次计算,加快了通常由人类完成的大量任务。EUV技术的获取也成为了美国的国家经济安全问题。

不过,麻烦的是,只有一家公司在生产EUV光刻机:荷兰的阿斯麦。每台EUV光刻机有一辆公共汽车那么大,造价超过2亿美元。迄今为止,阿斯麦已售出200多台EUV光刻机,这让它成为了欧洲最有价值的科技股,市值超过3500亿美元。

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英特尔市值已远远落后于台积电、英伟达

那么,美国是如何拱手让出这一关键技术的控制权的呢?其中部分原因是,只有相对较少的芯片行业高管认为EUV可行。另一个原因是:美国当时的长期芯片霸主、全球最大芯片制造商英特尔的误判。

美国的先发优势

硅芯片由晶体管组成,后者本质上是一系列栅极和开关,构成了现代计算中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批晶体管大约有一厘米长。而现在,它们只有几纳米宽,或者说十亿分之几米。

在芯片制造的最初几十年里,可见光被用来在硅上刻蚀图案来制造晶体管,这一过程被称为光刻。随后,行业才转向紫外光。20世纪80年代,科学家们开始想知道芯片制造如何才能达到接近原子的尺度水平,这要求他们保持创新的步伐。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线技术,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。美国能源部最终为这项研究投入了数千万美元。

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英特尔

随着这些实验室在一些技术要素上取得进展,他们意识到,要将极紫外线技术推向市场,行业支持是必不可少的。1997年,一家名为EUV LLC的公私合营公司成立,它得到了美国公司英特尔、AMD和摩托罗拉的支持。最终,它的规模进一步扩大,纳入了光刻公司硅谷集团和阿斯麦。阿斯麦也加入了欧洲的一个类似EUV研究联盟。

当时,日本的尼康、佳能是光刻领域的巨头。日本似乎是美国主导芯片制造领域的最大威胁。因此,美国不愿在下一代技术竞赛中帮助日本,而是支持硅谷集团和阿斯麦。阿斯麦将全部精力都放在了EUV技术上,并在接下来几年里试图发挥其潜能。
2001年,阿斯麦斥资11亿美元收购了硅谷集团 ,从而在EUV竞争中独当一面。当时,它预计EUV技术将在2006年具有商业可行性。

技术挑战

但是,事实证明,阿斯麦的预期过于乐观了。EUV技术非常复杂,其中涉及用高功率激光以每秒5万次的速度轰击锡滴,使其产生能够发射极紫外光的等离子体。由于极紫外光在地球上不会自然产生,它会被空气吸收,这个过程必须在真空中进行。然后,光被一系列镜子聚焦,反射在一个掩膜版(reticle)上。掩膜版上面刻有电路图案,能阻挡并吸收一些光。通过这种方式,电路图案被刻蚀在晶圆上。

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掩膜版的作用

鉴于这些设备的操作精度,由德国蔡司公司制造的镜子必须要光滑得近乎不可思议:最大凸起只有一个原子那么高。阿斯麦表示,如果将镜子比做一个国家,那么最高的凸起将只有1毫米高。而且,用激光轰击熔锡也很棘手。它需要定期清理,这意味着有很多停机时间。这让人很难想象光刻机是如何做到经济实惠的:半导体制造工厂几乎需要每周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。

直到2012年,半导体产业才开始认为这项技术可能是可行的。但是,它仍然需要注入大量资金。于是,阿斯麦求助其最大客户:台积电投资了14亿美元,三星电子投资了9.74亿美元,英特尔投资高达41亿美元。当时,这三家芯片制造商总共持有阿斯麦约四分之一的股票。

误判的代价

这一招奏效了。2018年,阿斯麦开始大量出货EUV光刻机。尽管EUV技术的大部分早期工作都是在美国完成的,而且英特尔是阿斯麦的最大业内支持者,但第一代机器没有一台是交付给英特尔的。

这并不是阿斯麦有意为之,而是英特尔的选择。英特尔时任CEO科再奇(Brian Krzanich)当时并不相信这项技术能够达到在经济上可行的规模。他继续押宝已有技术,直到他所看到的EUV问题得到解决。当时,他也有理由感到自信:英特尔在尖端芯片制造工艺方面一直领先于同行。

事实证明,这是一个误判。台积电使用EUV工艺的在2018年左右首次在技术上超过英特尔。台积电做的是所谓的代工业务:苹果、英伟达和AMD等客户设计自己的芯片,然后委托给台积电制造。

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英特尔制造工艺被台积电甩开

与此同时,英特尔替代EUV的“多图案”芯片光刻技术无法可靠地工作。当英特尔将工艺微调到可以大规模生产时,台积电和三星已经在生产更先进的半导体了。

技术上的落后对美国产生了更深层次的影响,因为台积电还向华为等中国公司供货。从2019年开始,EUV技术制造的芯片被搭载在华为智能手机上。这么一来,一项部分由美国资本资助、部分基础研究在美国实验室进行的技术,似乎可能会让它的对手受益。于是,美国开始施压荷兰政府,阻止阿斯麦向中国出售EUV光刻机。

亡羊补牢

现在,英特尔仍在为当初的误判而痛苦。

帕特·基辛格(Pat Gelsinger)在2021年接任英特尔CEO,他在今年4月表示:“我们当初采取了很多措施来避免对EUV的需求,但正如你所看到的,这导致我们在功率、性能、面积和成本方面落后了。”

股市表现也说明了这个错误的严重程度。早在2012年投资阿斯麦时,英特尔的市值是英伟达的15倍,几乎是台积电的两倍。现在,它的市值已无法和这两家公司相提并论:英特尔现在的市值为1640亿美元,而台积电的市值达到了6500亿美元,英伟达的市值更是冲到了2.2万亿美元。这在很大程度上是因为英特尔没有采用EUV技术。

如今,基辛格正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技术:高数值孔径(High NA),这种技术使用新的光学系统将光线聚焦到一个更小的点。英特尔已经在俄勒冈州的一个工厂安装了第一个预生产模型。

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