當全世界都把目光投向美國這個芯片産業的巨頭,我們不如看看别的。
【前言】
荷蘭的風車緩緩轉動,切割着時間的流沙,仿佛在訴說着曆史的恒久。
在這些古老風車的守望之下,時代正以不可逆轉的步伐向前邁進。新技術在這片土地上萌芽,科技的浪潮悄然湧動,世界唯一的不變就是變化。
我們渴望與世界同行,渴望推開那扇窗,讓外界的光影和氣息湧入我們的心房。在這扇窗的外面,我們看到全球産業的風雲變幻,如同一部精彩的史詩。那些先行者的智慧、寶貴的經驗,都是可以汲取的鮮活力量。
當全世界都把目光投向美國這個芯片産業的巨頭,更确切地說,是投向英偉達那永遠在攀高峰的股票;我想帶大家走進荷蘭這個歐洲小國,探秘它的 " 造芯 " 帝國,揭開 ASML ——全球光刻機制造巨頭的神秘面紗。
雖然這些精密的芯片制造過程似乎與我們的日常生活有些遙遠,但它們卻在無形中編織着時代的脈絡,影響着我們每一個人的未來。
正如站在那些風車之下,我們仰望着風向的每一次微妙轉變,期待着每一次變革帶來的新希望。
希望我們能一起,在這個變化的世界中,尋找能引領我們前行的力量。
【開篇】
光刻機,用半佛仙人老師評價瑞幸的經典話術來講,乃是 " 芯片産業的開山鼻祖 ▪ 半導體世界的造夢者 ▪ 納米工藝的奠基石 ▪ 高科技制造業的皇冠明珠 ▪ AI 時代的幕後功臣 ▪ 讓人瘋狂的印鈔機 " 。
沒有光刻機,就沒有芯片;沒有芯片,就沒有風靡全球的 AI 熱潮。
全球最頂配的光刻機,來自荷蘭,來自它的企業 ASML(阿斯麥)。
爲什麽研發出最頂配光刻機的,不是芯片巨頭美國,也不是早在 90 年代消費電子産業就頗爲發達的日本?今天我們來聊聊 ~
01、什麽是光刻機?
光刻機,可以理解爲一台超級精确的 " 光的打印機 "。它需要在一片指甲蓋大小的矽片上,刻畫出極其細小的電路圖案。其精細程度,可能隻有頭發絲的幾百分之一。
我們一般聽得比較多的是技術名詞是:納米制程。比如 5 納米制程、7 納米制程、14 納米制程、28 納米制程。數值越小,芯片性能越高。
如果沒有光刻機,就沒有芯片的誕生。
如果沒有光刻機,矽片隻是矽片,一塊平平無奇的化學材料,不會擁有驚人的計算力量,也不會擁有驅動手機、電腦、汽車等智能設備的能力。就像銅如果不鑄成導線,就隻是一塊柔軟的金屬;鐵如果不鍛造成機械,也隻是一堆沉重的礦石。
光刻機的體積,相當龐大。
目前全球最新、科技含量最高、今年 1 月初剛剛到達英特爾俄勒岡州一家工廠的 ASML 光刻機—— ASML Holding NV,重達 15 萬公斤,相當于兩架空客 A320 飛機,整個系統的安裝過程需要 250 個闆條箱、250 名工程師和六個月時間才能完成;預估組裝完成後有 3 層樓那麽高,需要英特爾新建一座更高的晶圓廠來容納它。
光刻機的價格,比黃金還貴。
一台光刻機多少錢?我們要用的計量單位是億,貨币單位是美元。
2018 年,中芯國際下單了一台 ASML 的 EUV(極紫外線)光刻機,售價高達 1.2 億美元(折合人民币 7.7 億元),幾乎耗盡了中芯國際 2017 年的淨利潤。然而,因爲衆所周知的原因,這台設備至今還沒有交付。
沒有最貴,隻有更貴。
新款光刻機不僅在納米級别突飛猛進,在售價上的增速也快得讓人瞠目結舌。
剛剛提到的英特爾拿下的最新款 ASML 光刻機,價值 3.5 億歐元(3.8 億美元)。按照目前的人民币彙率算,大概接近 27 億人民币。
這對于賣光刻機的大廠—— ASML 來說,這台 " 光的打印機 ",就像永不停歇的印鈔機,帶來源源不斷的豐厚回報。
制造光刻機的大廠那麽多,爲什麽全球科技巨頭都在買 ASML(阿斯麥)?
02、市場格局的改變
全球的光刻機銷售市場,被三家企業占據了 90% 以上的份額:荷蘭的 ASML,日本的尼康,日本的佳能。
這三家企業具體來看,如果僅從銷售量來看,荷蘭的 ASML 占據 63%,日本的佳能占據 30%,日本的尼康占據 7%;但如果從銷售額來看,荷蘭的 ASML 更是一家獨大,占據 91%;日本的佳能占據 6%,日本的尼康僅占據 3%。
因爲荷蘭的 ASML,牢牢占據了高端光刻機的市場。
ASML 壟斷了最高端的極紫外(EUV)光刻機市場,擁有 100% 市場份額。
這個極紫外(EUV)光刻機,能夠适配 7nm 到 5nm 制程芯片的設計制造,目前全球隻有 ASML 能夠生産這種設備。
而在其他高端光刻機領域,如 ArFi、ArF 和 KrF 技術(不理解沒關系),ASML 也分别占據了 95%、87% 和 72% 的市場份額。
事實上,ASML 不是一開始就這麽強的,起步晚,早有對手跑在前方。
但在高科技領域有一個神奇的規律——
起跑的先後順序,并非決定勝負的關鍵。
ASML 的前身隻是飛利浦公司裏的一個實驗室小組。沒錯,就是那個賣電動剃須刀的飛利浦,它也是一家荷蘭的企業。所謂實驗室小組,就是試水創新型項目,成功了起飛,不出業績的随時拜拜。
光刻機是未來之光,這誰都懂。可 20 世紀 80 年代初,飛利浦的财務狀況陷入困境,這個光刻機小組隻能成爲棄兒。
1984 年,飛利浦與一家已經在美國上市的荷蘭本土半導體企業 ASM 共同出資成立了 ASML,正式把光刻機小組獨立出去。
1984 年,ASML 成立的這個時間點,比行業巨頭晚了大約 20 年。
美國和日本的巨頭早在上世紀 60 年代就開始了光刻機的研發:
美國的 GCA 公司,在 1961 年推出了第一台接觸式光刻機;
日本的尼康和佳能,也早已開始研發光刻機,更何況他們倆是光學領域的強者,各種專業級相機設備暢銷全球。而光刻機的核心部分之一就是光學系統,它需要精确地将電路圖案投影到矽片上。因此,日本的尼康和佳能在光刻機領域也相當有優勢。
不過,美國的 GCA 公司沒敵過 1984-1986 年的經濟衰退;日本的尼康和佳能也輸在了 " 幹式光刻技術 " 和 " 浸沒式光刻技術 " 的選擇上。
2000 年代初,全球半導體行業遇到了一個困難——從 193 納米波長到 157 納米波長,無法突破。
也就是說,現有的光刻機技術,無法刻畫出更精細的芯片。
如果把光源比作筆,把矽片比作畫紙,你需要用筆在畫紙上描繪越來越精細的線條。此時,筆尖已經很細了,線條也已經很細了。但是當你想畫更細的線條,筆尖又沒法變得更細,這該怎麽辦?
于是,台積電的林本堅博士提出,用" 浸沒式光刻技術 "替代當時很流行的" 幹式光刻技術 "——即在 " 筆 " 和 " 畫紙 " 之間增加一層水,用水替代空氣,利用水的折射作用,縮短光的波長,從而讓 " 這支筆 " 畫出更精細的圖案。
林博士有了想法,需要找公司幫忙研發。
但同行們紛紛拒絕,比如日本的尼康和佳能。他們在 " 幹式光刻技術 " 已經投入巨大,不想再輕易轉換一種前景不明的新技術路徑。這也跟日本當時大部分企業的心态一樣——經曆了失去的 10 年,不再願意加大投資,所有決策都偏向于保守。
而當時的荷蘭小廠 ASML 選擇了嘗試——
他們與台積電共同合作,研發并推出了第一台浸沒式光刻機。
ASML 憑借浸沒式光刻機,快速蠶食光刻機的市場份額。
2007 年,ASML 配合台積電的技術方向,發布了首個采用 193nm 光源的浸沒式光刻系統 TWINSCAN XT:1900i,一舉壟斷市場。2010 年,ASML 的光刻機銷量占全球銷量比例已經上升到了 68.9%。
而 ASML 與台積電,也由此成爲了一對好兄弟。ASML 向台積電供應光刻機,台積電量産先進芯片,完美雙赢。如今,台積電也持股着 ASML,并且獲得 ASML 的 EUV 光刻機的優先購買權。
事實證明,起步晚并不是那麽重要。
因爲在高科技領域,後發選手随時有可能開辟出一條全新的賽道。當然,這需要時間與技術的積累。如果能研發出下一代颠覆性産品,一切爲時未晚。
03、高攀不起的尖子生
在這場無聲的科技競賽中,ASML(阿斯麥)就像一位遙不可及的學霸,吸引了全球科技巨頭們紛紛爲它氪金,隻希望能在 AI 這場角逐中跑赢其他的選手。
ASML 被譽爲 " 摩爾定律的忠實守護者 " ——它把不可能變成可能,不斷推動着 " 造芯 " 技術的極限。
摩爾定律是指,芯片上的微小部件(晶體管)的數量每 18 個月 ~24 個月翻一倍。也就是說,我們的電腦、手機或其它電子設備大約每 2 年可以翻一倍性能,成本也會降低。
芯片的面積是有限的,可以容納的晶體管也是有物理極限的。
但是,ASML 再次奉上了奇迹,讓摩爾定律的故事可以繼續講下去——
ASML 在與台積電聯手研發了 " 浸沒式光刻技術 " 之後,又推動了 "EUV 光刻技術 " 的發展,成爲目前全球唯一能夠量産 EUV 光刻機的廠商,牢牢抓住了光刻機的高端市場。
EUV 光刻機,就像一位精通微雕藝術的大師。
原本,科技巨頭們造芯片,采用的是深紫外光源(DUV)。而這一次,ASML 采用了極紫外光源(EUV),波長僅爲 13.5 納米,比傳統的深紫外光源更短,更能夠在矽片上雕琢出精細的電路圖案。
好比我們原本已經有一支極爲精細的畫筆,能夠在紙上畫出非常細小的圖案。但是現在人們想要畫出的圖案越來越精細,普通的畫筆已經無能爲力。因此,ASML 選擇了一支特殊的筆,這支筆采用了特殊的墨水,擁有更高的凝聚性,不易擴散,從而可以畫出前所未有的精細圖案。
EUV 光刻機的問世,讓 ASML 在業内擁有了無可撼動的領導地位。
ASML 徹底把光刻機高端市場搶過來了,占據了 EUV 光刻機市場 100% 的市場份額。
這款頂尖新品,限量發行,供不應求,而且價格昂貴,不僅爲 ASML 貢獻了超過一半的銷售額,而且也讓 ASML 的全品類市場份額擴大到了 91%。
全世界都形成了共識——要想造最好的芯片,就買 ASML 的光刻機。
ASML 的光刻機,也不是你想買就能買,每年交付的 EUV 光刻機數量僅有兩位數。
想買 EUV 光刻機,那還得排着隊,即使願意花上億美元,也要排期到幾年後。
從飛利浦的棄兒,到如今的光刻機霸主,ASML 用實力诠釋了,什麽是 " 今天你對我愛答不理,明天我讓你高攀不起 "。
04、全球資本的暗流湧動
光刻機的霸主之位易主,如同世界洋流的轉向,時刻發生着變化,在潛移默化間重塑了全球芯片産業鏈的版圖。
舊的格局被打破,新的聯盟在激流澎湃中孕育而生,每個身處其中的玩家都隻有在新的不确定性中找到自己的位置。
在 20 世紀 80-90 年代,日本的尼康和佳能在半導體領域有着顯著的影響力。
那時,全球光刻機産業鏈的資源自發地向日本流動,日本的設備企業爲全球提供了大約 37% 的半導體設備。
日本的半導體設備企業在多個關鍵領域幾乎處于壟斷地位,包括電子束描畫設備、塗布 / 顯影設備、清洗設備、氧化爐、減壓 CVD 設備等重要前端設備,以及以劃片機爲代表的重要後道封裝設備和以探針器爲代表的重要測試設備。
當 ASML 崛起之後,全球芯片産業鏈的格局也在悄然改變。
EUV 光源技術,由美國的 Cymer(已被 ASML 收購)提供;光學鏡頭,由德國的卡爾蔡司提供;電子束檢測設備,由美國的 HMI(已被 ASML 收購)提供;工業精密機床技術,由瑞典的 Enskog 等公司提供。
全球光刻機産業鏈經曆了一場地理轉移,從以往的日本爲中心逐漸轉向歐美地區。
産業鏈的遷移,也在無聲中推動着世界秩序的演變。
ASML 依賴于多種關鍵技術和組件,比如最高端的 EUV 光刻機,其光源技術來源于美國的 Cymer(現爲 ASML 的子公司)。此外,光刻機的其他關鍵部件,如先進的光學鏡頭、精密機械部件和計量設備,也可能依賴于美國或其他國家的供應商。
隻要産品中包含美國技術或組件,那麽在出口時就要遵守美國的出口限制。
盡管 Cymer 已經是 ASML 的子公司,但它在美國的法律地位和運營仍然受到美國法律的約束。美國出口管制法規适用于所有在美國境内運營的公司,無論其所有權結構如何。
海明威在《老人與海》中寫道,「海洋深處,大魚遊動,它們在水面下形成了暗流,而老人知道,這場鬥争才剛剛開始。」
【寫在最後】
就在前天(3 月 7 日)有多家媒體報道,ASML 計劃從荷蘭遷往其他國家或向海外大舉擴張。
想要離開的原因是,荷蘭潛在的反移民政策。ASML 在荷蘭的總計 2.3 萬名員工中,非荷蘭籍員工占比約 40%,其中留在荷蘭就業的海外留學生是公司主要勞動力來源之一。如果未來的政策風向是限制移民,ASML 可能會撤出荷蘭,去往法國或其他國家。
ASML 想要走,荷蘭政府抖一抖。
畢竟 ASML 作爲全球最大的光刻機制造商、半導體産業 " 皇冠上的明珠 "、7nm 及以下芯片所需 EUV 光刻機的全球唯一供應商,給荷蘭帶來的經濟效益是巨大的。
ASML 是走是留,對全球科技行業的影響都是巨大的。
世界如同一片汪洋,我們都是在其中航行的船隻,有時風平浪靜,有時波濤洶湧,永遠不知道下一刻會遇見什麽。