芯片之难,难在那里?看ASML如何逆风翻盘
时间:2021-11-01 21:18点击量:


本文摘要:本文作者:徐竞然芯片是什么?一颗小小的硅片上充满了排列整齐的集成电路,阳光下,像一种五彩斑斓的昆虫。但正是这种“昆虫”实实在在地控制着科技时代的纷纭万物:手机、电脑、家居电器、汽车机械、能救命的高科技医疗器械、飞机火箭,以致无数军工产物,都离不开芯片。 举个例子,站在陌头环视一圈,能载客行驶的交通工具,人们兜里揣的、包里装的、耳朵上别着的智能小玩意,陌头闪烁的广告屏、红绿灯……全仰仗芯片存储信息、发号施令。没有芯片,虽不至于回到原始社会,但足以打乱人类正常的生发生活。

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本文作者:徐竞然芯片是什么?一颗小小的硅片上充满了排列整齐的集成电路,阳光下,像一种五彩斑斓的昆虫。但正是这种“昆虫”实实在在地控制着科技时代的纷纭万物:手机、电脑、家居电器、汽车机械、能救命的高科技医疗器械、飞机火箭,以致无数军工产物,都离不开芯片。

举个例子,站在陌头环视一圈,能载客行驶的交通工具,人们兜里揣的、包里装的、耳朵上别着的智能小玩意,陌头闪烁的广告屏、红绿灯……全仰仗芯片存储信息、发号施令。没有芯片,虽不至于回到原始社会,但足以打乱人类正常的生发生活。可以这么说,“芯片”成就了现代社会登上科技之巅。但自然,高处不胜寒。

这个夏天,“芯片之困”成了必须直面的问题。芯片之难 难于光刻机不外处在“芯片之困”的阴霾下,就意味着和芯片相关的事,我们都干不了吗?非也。

若干年来,依赖无数人才的奋力追赶,中国的芯片设计和制作工艺,生长得并不慢。芯片之难,实则难于芯片制造。巧妇难为无米之炊,造不出高级芯片,再顶尖的设计技术也无处施展。

也正是此,让华为领先全球的麒麟系列芯片或成绝版,让华为消费者业务CEO余承东连呼遗憾。而芯片制造,“光刻机”是绕不开的终极神器。可以说,没有光刻机就没有芯片,所谓的芯片之痛,真正的痛点就是光刻机。

这个恒久以来的隐于幕后的大boss最近热度颇高,中国科协克日公布的“10个工程技术难题”,光刻机技术名列其中。坊间更是听说华为鼎力大举挖掘光刻机工程师,要自建光刻机。光刻机,讲原理并不难。通俗易懂地说,就是高级版“投影仪+照相机”:光刻机有光源,光源发光,然后通过一个带图形的光罩,给上附有光刻胶的硅片曝光,借助光刻胶感光后的性质变化,光罩上的图形就可以被印到硅片上,于是硅片就有了电子线路图般的作用。

但听起来简朴,制造光刻机有多灾?有人形容光刻机“是荟萃了数学、光学、流体力学、高分子物理与化学、外貌物理与化学、细密仪器、机械、自动化、软件、图像识别领域顶尖技术的产物”。另有人赋予其一个极美的称谓,“半导体行业皇冠上的明珠”。

皇冠上最大最中心的明珠,仅此一颗,也说明晰光刻机在芯片制造中无可争议的职位。因为精度之高,光刻之“刻”靠普通刀子自然实现不了,于是要以“光”为刀举行镌刻,现在的精度7nm,相当于把病毒大卸八块,把一根头发丝劈成几万份。有资料显示,1台光刻机包罗13个分系统,3万个机械件,200多个传感器。其中,光源发生极紫外光EUV的难度相当于在飓风中心,以每秒5万次的频率用乒乓球击中同一只苍蝇两次;冷却激光器,每秒需要能填满6个浴缸那么多的水;光刻机的分辨率,则相当于把48万个单词的《指环王》在同一张纸上印刷2625遍;每一步都难度颇大,但制作一颗芯片或许需要3000道工序,要想保证光刻机完美运转,每一步的乐成率都要高于99.99%。

另有工程师说:“光刻机的一个小零件,工程师就需要调整高达十年之久,尺寸的调整就要高达百万次以上。”坊间传言,就算给出图纸,别人也造不出来一说正源于此。随着工艺越发高精尖,依靠着唯一无二的售后服务,光刻机设备商的话语权越发提升。而现在,掌握全球领先光刻技术的正是荷兰 ASML公司。

在盛产风车、郁金香,风物如画的荷兰,悄悄卧着一头“猛兽”——凭一己之力就吞掉了光刻机全球市场份额近80%的ASML,精度在7nm 及以下的光刻机,只有他能生产。名为“光刻机”,实则“印钞机”,每生产一台就可售1.2亿美元。但每年生产力有限,只能生产20余台,物以稀“更贵”。

每出厂一台,都被全球芯片制造商虎视眈眈,谁“抢”获得最新的光刻机,就意味着谁更有可能造出更高端芯片,掌握科技时代命脉。但屹立科技之巅的ASML公司究竟是如何炼成的?建立于1984年的ASML,在一个看起来连蛋糕渣都没有的尴尬时机入局,彼时光刻机领域老牌大佬GCA还宝刀未老,尼康佳能双雄又强势崛起,然而坐落于飞利浦大厦外垃圾桶旁,一排浅易厂房的ASML 携47名员工入局,并许下壮志“只做第一”。今天的乐成让那时的刻意显得特别慷慨勇敢,但可以想象的是,那时,大家都认为它疯了。36年间,从几近破产的小公司到行业内当之无愧的一哥,这不是一个顺风顺水人人都爱他的杰克苏叙事史,也不全是一个苦心孤诣苦哈哈的逆袭之路。

天才与智慧,偏执与勇敢,机缘与奋斗……ASML不缺故事。机缘巧合 巨头炼成纵然身负绝世之功,ASML却习惯低调。但因为履历太过传奇,不必传扬,江湖上也飘荡着他的传说。

源远流长的第一段是他与台积电鬼才林本坚的惺惺相惜。上世纪90年月,整个半导体行业都陷入了一个配合的难题,光刻机光源波长被卡死在193nm。光描画不出更精致的线条,自然就造不出更精致的,性能更强的芯片。

面临难题,虽然实践乐成率低、回报率也低,但老巨头尼康等厂商依然接纳传统解题方法,强行将光源缩短到157nm波长。另一边,一个年轻人提出了创新想法,为什么非要改变波长?时任台积电研发副司理的林本坚想出了浸没式光刻法:在镜头和光刻胶之间加一层水,经由水的折射,天堑一跃而过,光线波长可以由193nm变为132nm。但当他拿着新型创意前往巨头大厂自我介绍时,获得的却全是拒绝。甚至尼康、佳能、IBM等所有巨头要团结起来封杀冷藏林本坚。

原因可以想象,面临一堵门,有人扛来长枪短炮重型武器轰炸不止时,另一小我私家却建议,找找钥匙开门,虽然乐成的路上,独辟蹊径往往意味着降维攻击,但巨人转身慢,巨人怕成本。而同样在光刻机难题中挣扎求存的ASML如同大海中的一叶小舟,体量较小,但却可以灵活转向,全力冲刺,同是满腔壮志无处可酬,ASML向林本坚伸出了手——选择浸润式技术,不仅意味着台积电的订单和深厚的友谊,还意味着一场豪赌,一条少有人走的创新之路。

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运气总是夸奖勇敢者。2004年,ASML全力赶出了第一台浸润式光刻机样机,波长132nm,力压尼康的157nm。2007年,在原有光源与镜头的条件下,ASML又显著提升蚀刻精度,继而拿到60%的光刻机市场份额,首次凌驾尼康。如果传奇的第一篇章彰显了技术突破与创新魄力的重要,而接下来,ASML在EUV光刻上的赫赫战果,更说明合纵连横,互助共赢的战略意义。

ASML最先进的EUV光刻机,涉及上游5000多家供应商,3万多个零部件90%需要入口,想要浇灌出这株盛放在荷兰的技术之花,既需要德国的光学设备与超细密仪器,也需要美国的计量设备与光源……对高科技麋集的半导体行业来说,自己爬山不太现实,想要赢者通吃,就要陪同不停的并购与同盟。收购全球领先的准分子激光器厂商Cymer,为光源技术提供保障;收购电子束检测设备厂商汉微科,为先进工艺提供了晶圆缺陷检测技术支持;收购德国卡尔蔡司子公司24.9%股份,结构微影镜头关键技术;收购竞争对手Mapper的知识产权资产顺便接受优质人才……不仅如此,ASML还逾越尼康,加入了EUV LLC同盟。

EUV LLC同盟的降生也与光刻机光源波长193nm难题息息相关。这是一家由英特尔攒局,美国能源部牵头,搜集了摩托罗拉、AMD、IBM,以及能源部下属劳伦斯利弗莫尔、桑迪亚和劳伦斯伯克利三大国家实验室的真正的高级玩家聚会。有多高级?其中三大国家实验室就堪称美国科技生长的幕后英雄,研究结果包罗核武器、超级盘算机、国家焚烧装置……笼罩物理、化学、制造业、半导体工业等种种前沿偏向。

押注更激进的极紫外技术是EUV LLC同盟的目的,用仅有十几纳米的极紫外光,刻十纳米以下的芯片制程。但EUV光刻机险些集成了人类细密制造的技术极限,同盟必须从尼康和AMSL这两家其时生长最好的光刻机企业中,挑选一家举行吸纳,担忧吸取了良好技术的日本企业未来将压过美国,同盟最终选中了ASML。由此,ASML获得了世界领先的半导体技术、质料学、光学以及细密制造等相关技术的优先使用资格。

“单打独斗”行不通了,属于尼康的时代悄然已往,而搜集了资金、技术与人才,集制造业全体智慧英华于一身的,则被世界级先进的工业体系托举而出。光刻巨人:ASML崛起之路京东¥ 82.60去购置除了科技 另有故事既是荷兰半导体工业创新突围的效果,也是全球科技高度分工的效果,为公共所熟知的ASML企业史往往从以上两段开始,但罗马并非一日建成。讲乐成史只从后半段风景史讲起的难免让人“干着急”,只能仰视崇敬,但却没法借鉴学习。在ASML建立三个十年中,第三个十年,他登上山顶,藐视群雄;第二个十年,他狂甩对手,垄断市场;而第一个十年,因何决议去开启传奇,以及如何艰难爬坡,九死一生中,才真正隐藏着奠基胜利的绝密基因。

为什么要做光刻机?没人能想到伟大或许降生于一次赌钱。ASML脱胎于台甫鼎鼎的飞利浦公司,一次,有人前往美国考察,回来时带来一颗“芯片”,面临这颗来自美国的芯片,飞利浦人感应遗憾——错失了与世界先进技术同步生长的时机,他们下定刻意“要放下一切事情,集中精神投入集成电路的技术研发”。但一开始,飞利浦只投入到电路技术研发,并没计划自造光刻机,究竟购置其他公司的制品光刻机足够可行利便。不外陪同着芯片的更新,其他公司的制品设备既不够精准,也过于泯灭人力。

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因此,飞利浦的半导体和质料部 Elcoma 的技术司理定期与前沿技术研发实验室Natlab 的向导时常聚在一起谈天,讨论这些难题。再一次,当Natlab的研究人员“吹嘘”他们的静压轴承和气动技术时,Elcoma掩模中心的主任“刻薄”接茬,技术这么强,也并不能用来制造那些生产芯片的机械啊?Natlab听到后,自然是一顿争吵,但争吵之后,两个部门更告竣约定——互助制造一台光刻机。1967 年,研究人员就在公司内部的展览中展示了6 镜头重复曝光光刻机的原型,这台光刻机吸引了若干围观群众,连飞利浦的时任董事会成员都被吸引而来。但还没来得及听完主讲人的先容,下一个展台又吸引了董事的注意——一台带有自动平衡系统的新型洗衣机。

和用来制造电脑芯片的庞大尖端设备相比,一款流水线上可以批量生产上万台的普通洗衣机,对飞利浦高管来说更有吸引力。在很长一段时间内,光刻机项目都被飞利浦内部认定——没生长没前途。“放弃吧,别再烧钱了”是项目组同事最常听到的话。

但又是什么样的人在为彼时看起来“一片昏暗”的光刻机支付青春、汗水与智慧?听起来也颇有传奇色彩:工程师克洛斯特曼小时候是位失读症患者,阅读和数学对他来说都是难题,但长大后,失读症奇迹般地痊愈;光学工程师梅耶,这是位足够幸运的男青年,履历过第二次世界大战,两次从斯维辛集中营逃脱。第一次被送入集中营时,因为运气好躲过一劫,第二次被送入时,因为擅长机械而被派去修理火车车厢,这还不算完。第一次即将被送进毒气室时,被德国纳粹遗漏,第二次又被实时赶到的苏联红军援救。

差一点成为胶、化肥或鞋油,病重、像铅笔那么瘦的梅耶返回荷兰,开始了一生的光刻机事业……除此之外,光刻机的系统架构师范希克是位热衷于留披头士发型,以为向向导做季度总结写两个句子以上都浪费时间的富二代;研发了一种准确度最高的瞄准技术的工程师布休斯一度没上过大学,在卖酒的商店洗过瓶子算过账,从被聘为飞利浦的一名助理,实事求是做到了顶尖工程师……正是这些人在暗夜中前行,撑着如烛火一般微弱的光刻机项目,直到在一个恰当的时机,飞利浦遇到业内的另一位传奇人物,荷兰半导体设备开创者德尔·普拉多,1984年,ASML建立。那么,究竟经由哪些博弈,飞利浦才与传奇大佬德尔·普拉多奠基互助?这位号称不“做”生意,本人就是生意,靠魅力、野心和无畏谋划公司的人为了获得飞利浦的关注,除了登报求关注,还如何奇招频出?这样注定非凡的企业,首任首席执行官又是何等人物?这个永远不按常理出牌的人是如何向导着“奇奇怪怪”的员工们,在企业还是一堆烂摊子时就许下“我们一定要做第一名,否则就别做了”的flag?但如此有向导力的治理者,为何去职时只收到所有员工“80块钱”的去职红包?除此之外,ASML创业的前十年,是彻彻底底烧钱的十年,动不动需要一个亿美金,到哪去找投资?在极端缺钱时,如何坚定信心,继续烧钱技术创新?如何鼓舞士气,给员工“画饼”,招兵买马选择合适的人才,寻找客户、盟友以及政府的支持?有一些声东击西的“创意”:分拆式研发,因地制宜式事情,以及智慧营销为产物赋能……甚至,另有一些可以称为机缘的时刻,芯片市场的衰退以致瓦解,为何造就了ASML的黄金喘息时间?甚至,客户的工厂被烧了,导致对方需要重新下单,新销量成了ASML的实时雨。这些独家历史,如今首次披露。95%未见于世的全新内容,人民邮电出书社新书《光刻巨人:ASML的崛起之路》将为你展现尚不为人所知的ASML故事。

荷兰作者René Raaijmakers酝酿15年,采访写作7年,采访了ASML上到CEO下到工程师的100余位员工,写出世界上唯一一本详细记载ASML从飞利浦前身到成为行业之王的书。是历史,更是未来。

没有硝烟,但竞争无处不在。看不到眼泪,也听不到嘶吼,但较量无时无刻。芯片之困,如何在强者环伺中逆风翻盘?究竟,谁掌握了芯片,拥有了进入下一个科技纪元的入场券。他山之石可以攻玉。

无论你是芯片相关从业者、科技创业者、投资人还是体贴科技行业及创业公司发展的读者,也许你想知道如何治理团队,凝聚协力;也许你想知道如何寻找投资,反败为胜;也许你想知道高科技企业如何保持创新,铸造领先技术;甚至你想知道,如何在一个看起来希望渺茫的竞赛中,获得第一名……阅读本书,都可以从ASML的企业履历找到心中谜底。但至少这样的履历足够给人信心,纵然强者环伺,看起来毫无胜算,只要足够坚持,也可以乘风破浪,逆风翻盘。


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