为什么一台机器能让全球芯片产业都离不开它,连科技实力最雄厚的美国也无法独立造出?它究竟是一家荷兰公司的独门绝活,还是整个现代工业体系合力铸成的结晶?答案要从荷兰一座工厂说起。
在荷兰一座大型工厂的中心,一台机器正处在长达数月的组装过程中,而全世界都已离不开它。这就是EUV极紫外光刻机。
它的体积相当于一辆城市公交车,却能以原子级精度工作。在先进微芯片的整个制造流程中,它是成本最高的一步,数据中心、汽车和每一部iPhone里的先进芯片都要靠它来制造。
要在芯片上印制极其微小的电路图案,目前只有这种机器能够做到。一台EUV光刻机售价最高可达2亿美元,而全世界只有一家公司能生产,那就是阿斯麦,简称ASML。
这家公司自称是全球唯一提供这项关键技术的企业,这个说法至今没有遇到真正的挑战者。
正因如此,很多人一提到最尖端的光刻机,就以为那只是ASML的独门绝活,只要肯砸钱、肯投入资源,任何大国都能像建造航母那样自己搞定。这种想法过于简单。
极紫外光刻机并非某个国家的独角戏,而是西方工业国家几十年技术积累的集体成果,是一个由全球分工硬生生拼出来的工业巨物。
目前,ASML垄断着EUV光刻机的制造。EUV是最先进的光刻设备,今天人们使用的每一颗先进处理器芯片都离不开它。
有观点认为,ASML是世界上最非凡的组织之一,它生产的每一台机器,都称得上人类迄今制造过的最复杂的设备。这样的复杂程度,本身就决定了它很难被轻易复制,更难由一国独力完成。
芯片短缺曾造成从PS5游戏机到特斯拉汽车等众多产品订单积压,市场对ASML的需求也空前高涨。自2018年以来,ASML股价大幅攀升。
它的三大客户台积电、英特尔和三星,都在争取率先拿到ASML的下一代突破性技术。这款新机器有望挑战已知物理学的边界,售价超过3亿美元,昂贵到大多数公司都负担不起。
走进加利福尼亚和荷兰的洁净室,就能看到这些机器如何运转:精密激光、爆炸的熔融锡,以及世界上最光滑的反射表面,共同支撑起数字时代的底座。每一个环节都逼近工程极限,任何细微的偏差都会让纳米级图案彻底失真。
这也解释了它为什么昂贵,又为什么稀缺,更为什么难以被模仿。
以光源为例,美国的Cymer公司在这一领域独占鳌头。它用高功率激光轰击锡滴,产生波长13.5纳米的极紫外光。
这项技术从上世纪90年代起便开始积累,直到2013年ASML收购Cymer之后,才真正被整合进整机系统。没有这套光源,光刻机就如同失去了眼睛,再精密的结构也无从发挥作用。
光源只是其中一环,光学系统、关键材料、精密控制等核心部分,分别依赖美国、德国、日本、法国、瑞典等国企业的分工协作。
从这个角度看,ASML更像一个顶级的系统集成者,负责把全球最顶尖的零部件整合成一台机器。供应链上任何一环缺失,这台机器都无法正常运转,这正是“任何国家都造不出来”的根本原因。
凭借在芯片制造中的关键地位,ASML取得了巨大成功,如今它的市值甚至超过了大客户之一英特尔。ASML首席执行官表示,公司每年保持两位数增长,员工已达3.2万人,早已不是一家初创企业。
从一家默默无闻的设备商,成长为全球半导体产业的咽喉,ASML只用了几十年时间。
然而,ASML的起点相当寒酸。1984年,它作为荷兰电子巨头飞利浦的子公司成立,最初在埃因霍温一栋飞利浦办公楼旁的漏雨棚屋里做研究。
按照公司管理层的说法,当时公司没有钱,处境十分困窘。谁也想不到,这个连像样厂房都没有的小团队,日后会掌握全球芯片制造的命脉。
当时飞利浦自身问题缠身,没人关注这个在一旁尝试“疯狂想法”的小团队,它也因此长期被忽视。尽管如此,ASML在成立第一年就推出了同类中首创的机器,用精确的光线在硅片上印制微小图案来制造芯片,这项技术就是光刻。
被忽视反而给了它试错的空间,让它得以沿着自己的技术路线持续深耕。
最早的光刻工具很像一台投影仪:掩模版承载着需要投射的电路图像,光线穿过掩模版,再经过光学系统缩小,投射到涂有感光材料的硅片上。光的波长越短,能够印出的图案就越精细。
正是沿着缩短波长这条路,光刻技术一步步走到了极紫外,也一步步把难度推向了物理与工程的极限。
展望未来,ASML预计今年销售额增长20%,并在本十年末之前保持11%的年均营收增长。公司认为,需求来自人们对更好、更便利、更高效生活的追求。
世界正走向“传感时代”,汽车、冰箱、电脑中遍布传感器,而所有传感器都离不开半导体,这意味着光刻机的需求还将长期存在。
目前,全球最先进的半导体主要由台积电和三星在亚洲生产,芯片短缺引发了各国对海外依赖的担忧。美国、欧盟、韩国、日本和中国纷纷推出芯片法案,芯片已经成为战略性商品。
谁掌握先进芯片的制造能力,谁就在未来的产业竞争中握有主动权,而这一切的起点,都绕不开光刻机。
拜登政府提出《芯片法案》,拟提供520亿美元补贴,鼓励企业在美国本土制造芯片。
此后,英特尔宣布在俄亥俄州建设200亿美元的晶圆厂,并在亚利桑那州建厂;台积电也在附近兴建大型工厂,将首次在美国生产先进芯片;三星则在得克萨斯州建设170亿美元的晶圆厂。
对ASML而言,这股浪潮意味着要更早、更大量地交付机器,并在美国招聘更多人员,人才将是最大挑战。值得注意的是,即便美国以巨额补贴推动晶圆厂回流,这些工厂里最关键的设备依然要向ASML采购。
能建厂、能出钱,并不等于能造出光刻机。
本土化浪潮的另一面,是限制向中国输出芯片制造技术的意愿。据报道,早在2018年,特朗普政府就曾施压ASML不要向中国出售EUV系统,至今ASML尚未向中国出售过一台EUV机器。
ASML表示,全球约42至43个国家同意对其实施出口管制,这不是公司的选择,而是政府的选择。
ASML也会翻新旧光刻系统,其中许多发往中国,从较新的DUV机器到上世纪90年代的早期系统都有,公司售出的机器中96%仍在运行。有学者认为,向中国出售更多DUV设备是否构成国家安全风险存在争议,未来几年可能出现新的限制。
一旦管制扩展到DUV,将对ASML的利润造成重大影响。
在外部封锁之下,中国正尝试自建产业链。上海微电子的90纳米光刻机已经量产,并在推进28纳米机型;华为与中芯国际合作,借助多重曝光工艺生产7纳米级芯片。
据报道,2025年初深圳一家实验室利用旧ASML部件组装出极紫外原型机并开展测试,目标是2028年产出芯片,但有专家认为2030年更为现实。
ASML则认为,全球最大的需求和指数级增长都在这里,无论韩国还是中国,世界都需要所有制造能力持续扩产。另一个问题是,先进芯片的需求能否始终足够旺盛,以支撑下一代High NA机器的开发。
英特尔宣布将在2025年前率先拿到这款机器,ASML还已售出另外四台,目前正在测试的EXE 5000就是面向High NA的机型。
ASML首席执行官认为,真正可能构成阻碍的是地缘政治,例如俄乌战争这类冲突,不仅会伤害ASML,也会伤害世界经济。除此之外,关键就在于执行,公司将继续降低每个晶体管的成本,为世界提供更强大的半导体。
技术的边界尚在不断拓展,而地缘的裂痕却可能让全球协作变得愈发艰难。
ASML从埃因霍温漏雨棚屋里的小团队,到市值超越英特尔、独家供应EUV的行业巨头,它的成功离不开数十年的技术坚守,更离不开全球顶尖供应商的分工协作。
最先进的光刻机之所以没有任何国家能独立造出,包括美国,正因为它从来不是一国之功,而是整个现代工业文明共同托举起来的结晶。