《纽约时报》报道了一家鲜为人知荷兰的公司生产出的最先进的一套芯片制造系统。它的设计精密复杂,零部件来自三大洲,据称谁有了这台机器谁就能生产最高精尖的芯片。2019年,特朗普政府成功游说荷兰政府阻止向中国出口这种机器,而拜登政府有意延续这一政策。有分析称,中国至少需要十年时间,才能造出类似设备。加美编译,不代表本站立场。
美国总统拜登和华盛顿的许多议员,近来都对计算机芯片和中国在基础技术方面的野心感到担忧。
但一家荷兰公司出售的一台大型机器已成为政策制定者的一个关键抓手。其表明,任何国家想要在半导体技术领域建立一条完全自给自足的供应链都是不现实的。
这台机器是由位于费尔德霍文的阿斯麦控股公司制造的。它的系统使用一种不同的光来设计芯片上的超小电路,将更多的功能封装到小片硅中。该工具开发耗时数十年,并于2017年投入大规模生产,成本超过1.5亿美元。将它运送给客户需要40个集装箱、20辆卡车和3架波音747。
这台复杂的机器被广泛认为是制造最先进芯片的必要工具,这种能力具有地缘政治意义。特朗普政府成功游说荷兰政府在2019年阻止向中国出口这种机器,而拜登政府没有显示出改变这一立场的迹象。
“制造商没有该系统就无法生产技术领先的芯片,而该系统只有荷兰的阿斯麦公司才能制造”,乔治敦大学安全和新兴技术中心的研究分析员威尔·亨特说。该中心认为中国至少需要十年时间,才能自己造出类似设备。“从中国的角度来看,这是一件令人沮丧的事情。”
阿斯麦的机器实际上已经成为芯片供应链上的一个瓶颈,而芯片充当着计算机和其他数字设备的大脑。该工具在三个大洲的开发和生产(其使用来自日本、美国和德国的专业技术和零部件)也提醒着人们,供应链是多么全球化,让任何想要在半导体领域独领风骚的国家,在现实面前清醒过来。
这不仅包括中国,也包括美国。
美国国会正在讨论一项支出超过500亿美元的预算,以减少对外国芯片制造商的依赖。联邦政府的许多部门,尤其是五角大楼,一直在担心美国对台湾地区主要芯片制造商的依赖,以及台湾地区与中国大陆的接近性。
波士顿咨询集团和半导体行业协会今年春季的一项研究估计,创建一个自给自足的芯片供应链将需要至少1万亿美元,并将大幅提高芯片和相关产品的价格。
哈佛商学院研究供应链的管理学教授史兆威(Willy Shih)说,这个目标对任何人来说都是“完全不现实的”。阿斯麦公司的技术“是一个很好的例子,说明你为什么要进行全球贸易”。
这种情况强调了阿斯麦公司所发挥的关键作用,这家曾经默默无闻的公司,现在的市值已经超过了2850亿美元。Evercore ISI的分析师穆斯(C.J. Muse说),它是“你从未听说过的最重要的公司”。
1984年,电子巨头飞利浦和另一家工具制造商先进半导体材料国际公司创建了阿斯麦公司,它成为一家独立的公司,也是迄今为止最大的芯片制造设备供应商,这种设备涉及一种称为光刻的工艺。
利用光刻技术,制造商将芯片电路的图案反复投射到硅晶圆上。可以添加到单个芯片上的微小晶体管和其他组件越多,它的功能就越强大,可以存储的数据也越多。这种微型化的速度被称为摩尔定律,以芯片巨头英特尔的共同创始人戈登·摩尔的名字命名。
1997年,阿斯麦开始研究转向使用极紫外光(或称EUV)。这种光具有超小的波长,可以创造比传统光刻技术更微小的电路。该公司后来决定以该技术为基础制造机器,这一研究自20世纪90年代末以来已耗资80亿美元。
开发过程很快就走向了全球。阿斯麦现在使用德国的镜子和在圣地亚哥开发的硬件组装出了更先进的机器,这些硬件通过用激光脉冲击射锡滴来产生光。关键化学品和部件来自日本。
阿斯麦的首席执行官彼特·温尼克说,公司早年缺乏资金,所以它整合了专业供应商的发明,创造了他所说的快速创新的“协作性知识网络”。
他说:“我们被迫不做别人做得更好的事,”他说。
阿斯麦还以其他国际合作为基础。20世纪80年代初,美国、日本和欧洲的研究人员开始考虑光源的根本性转变。这个概念被一个包括英特尔和其他两家美国芯片制造商,以及能源部实验室在内的财团所采纳。
阿斯麦总裁和首席技术官马丁·范登布里克说,经过一年多的谈判,该公司于1999年加入。该公司的其他合作伙伴包括比利时的Imec研究中心和另一个美国财团Sematech(美国政府组织的私营半导体公司财团)。阿斯麦后来吸引了英特尔、三星电子和台积电的大笔投资来帮助发展。
由于极紫外光的特异性,这一开发变得更加棘手。平版印刷机通常通过透镜聚焦光线,在晶圆上投射出电路图案。但是极紫外光的小波长被玻璃吸收,所以透镜不起作用。另一种常见的引导光线的工具镜子,也有同样的问题。这意味着新的光刻技术需要具有复杂涂层的镜子,以更好地反射小波长。
因此,阿斯麦求助于蔡司集团,一家拥有175年历史的德国光学公司和长期合作伙伴。该公司的贡献包括一个处理极紫外光的两吨重的投影系统,它有六个特殊形状的镜子,在一个精心设计的自动化过程中经过几个月的研磨、抛光和涂层,使用离子束来消除上述缺陷。
范登布里克说,产生足够的光线以快速投影图像的过程也会产生延迟。但是,阿斯麦在2013年收购的位于圣地亚哥的Cymer公司最终改进了一个系统,利用高功率激光发出的脉冲每秒击中锡滴5万次,一次使其变平,第二次使其蒸发,从而产生强烈的光。
新系统还需要重新设计叫做光掩膜的组件,这些组件就像投影电路设计中的模板一样。系统中还需要沉积在晶圆上的新化学物质,当其暴露在光线下时产生这些图像。这些产品大部分是日本公司提供的。
自2017年阿斯麦推出商业EUV模型以来,客户已购买了约100台。买家包括三星和台积电。台积电是生产其他公司设计芯片的全球最大的制造商。其使用该工具制造苹果为其最新款iPhone设计的处理器。英特尔和IBM都表示,EUV对他们的计划至关重要。
IBM高级副总裁达里奥·吉尔说:“这绝对是人类制造过的最复杂的机器。”
自2019年以来,荷兰对出口到中国的这类机器实施了限制,但并没有对阿斯麦造成太大的财务影响,因为该公司有来自其他国家的积压订单。但该公司约15%的销售额来自在中国销售旧系统。
在今年3月提交给国会和拜登的最终报告中,人工智能国家安全委员会提议将出口控制范围扩大到阿斯麦其他一些先进的机器。这个由国会资助的组织试图限制人工智能在军事应用方面的进展。
亨特和其他政策专家认为,由于中国已经在使用这些机器,阻止进一步销售只会损害阿斯麦,不会带来多少战略利益。该公司也是这样认为。
范登布里克说:“我希望常识能占上风”。