价值4亿美元的机器，驱动芯片制造的未来

# 这台价值4亿美元的机器正为芯片制造的未来提供动力 来源：https://www.technologyreview.com/2026/06/23/1138837/asml-400-million-dollar-machine-powering-future-of-chipmaking 乔斯·本肖普正在爬上梯子，以便到达他最新机器的顶部。 这颇费一番周折。这个装置有一辆双层巴士那么大——超过150吨重的闪闪发光的精密铣削铝材，上面布满了数千根蜿蜒的管道、彩色电缆和加压罐。从地面上看，它像一个未来主义的V8发动机。当我与本肖普到达顶部时，我们从大约4.5米的高处俯瞰，穿着无尘服的技术人员正在下方忙碌穿梭。 这是超过200立方米的尖端技术——“能够将几个镜子保持在原子级精度位置的机电设备，”他指着这个巨大的装置说道。本肖普，一位66岁、身材高大、头发花白的老人，花了超过十年时间与他的工程师们一起设计这个东西，但即便如此，他有时看着它也会想：*天哪。* 本肖普是ASML（一家荷兰公司，也是微芯片行业的关键支柱）的技术执行副总裁。如果你想制造功能强大的芯片来驱动手机或人工智能，像我们现在站着的这种光刻机就是你所需要的，用来创建日益微小的电路。光刻是一门艺术和科学，通过将光照射在硅晶圆上，雕刻出晶体管、布线以及微芯片的其他组件，这些芯片最终将从硅晶圆上切割下来。 > **芯片制造领域基本上只由两家巨头控制：制造光刻机的ASML，以及芯片制造巨头台积电（TSMC）。** 九年前，ASML开始销售采用一种大胆新方法来图案化芯片特征的机器。这些机器使用极紫外光（EUV）——一种完全超出可见光谱范围的辐射，通过每秒数万次地以激光射击微小的熔融锡滴来产生。那些最初的机器——一项历时16年、耗资约100亿美元的研发登月计划的成果——可以制造出分辨率为13纳米的晶体管特征。这台新机器能做得更好：其分辨率仅为8纳米，大约相当于40个硅原子的宽度。现在，这些设备正以令人瞠目的价格——每台4亿美元——运往芯片制造工厂。 但芯片制造商愿意掏出这笔钱，因为他们正陷入一场绝望的竞赛，每年都要生产出新的和改进的芯片。这意味着他们要设法获得能够制造更小组件并将其更密集地挤在一起的机器——这是创造更快、更节能芯片的长期配方的一部分。 多年来，ASML的工具对于维持摩尔定律的生命力至关重要。没有该公司先进的芯片制造技术，芯片密度——以及执行更多计算的能力——很可能会陷入停滞。 人工智能产业已经对更密集的芯片产生了新的、贪婪的需求，因为像OpenAI和Anthropic这样的公司正争相建立服务器群，以训练和部署新的、更强大的模型，而这些模型需要新的、更强大的硬件。ASML的最新机器有望帮助AI盛宴再持续至少十年。 “我们可以让客户走向越来越小的特征，这为今天我们看到的、绝对令人惊叹的AI领域开辟了空间，”ASML的首席技术官马可·彼得斯告诉我。“我认为我们才刚看到冰山一角。” 其对“微缩”（芯片制造行业的叫法）的不懈追求，使ASML成为一股主导力量：该公司生产了全球约90%的所有芯片光刻工具。如果你制造芯片，ASML是绕不开的。 但这种垄断地位让一些人，以及一些政府，感到不安。芯片制造领域基本上只由两家巨头控制：制造光刻机的ASML，以及位于台湾的芯片制造巨擎台积电，后者使用ASML的机器制造了绝大多数微芯片。这种双头垄断如此强大，以至于具有地缘政治影响。为了阻止中国发展先进人工智能，美国政府于2019年施压荷兰政府实施禁运：ASML不得向任何中国公司出售高端机器。从地缘政治角度看，“芯片是新的石油”，《焦点：ASML之道》的作者马克·希金克说道。被剥夺芯片可能与被剥夺石油一样具有灾难性。在这个比喻中，你可以说ASML就是霍尔木兹海峡。 光刻初创公司Substrate的联合创始人兼首席执行官詹姆斯·普劳德表示，这种情况并不理想。美国“危险地依赖于”一个海外且日益昂贵的供应链，Substrate在其网站上表示。“参与者高度集中在少数几家，”普劳德说。“而且供应链非常昂贵。” 这就是为什么，在ASML主导了二十年之后，潜在的竞争对手现在正瞄准它的地盘。中国正急切地投入数十亿美元试图复制ASML的技术。像Substrate这样的初创公司也试图加入这场游戏，将目光投向创造比ASML的庞然大物更便宜、更小、甚至能力更强的光刻机。它们中会有人成功吗？短期内显然属于ASML，但正如其工程师们所知，利用合适的光学技巧，巨人也是可以被拉下马的。 --- 制造芯片，奇怪地有点像在T恤衫上做丝网印刷。为了在硅晶圆上打印图案，你从掩模版（一种承载设计图案的掩膜）上的图案开始。将光照射到掩模版上，就可以将该图案转移到晶圆上。光与晶圆上的一层化学物质相互作用，将图案固定下来。 芯片特征的大小部分由机器使用的光波长决定：波长越小，你能制造的电路就越微小。你可以在某种程度上扩展波长的能力；提高所谓的数值孔径（通常意味着换用更大的透镜），可以进一步聚焦光束，从而为越来越小的组件铺设图案。但最终，这一技巧会达到极限，你需要找到一种具有更小波长的新形式的光。 因此，芯片制造的历史一直是一曲两步舞。行业找到好的光源，然后提高数值孔径，最后接受需要更小波长的现实，然后重新开始这“两步舞”。直到20世纪90年代初，芯片制造商使用可见光，波长约为400纳米。到90年代中期，他们升级到了深紫外光，最终将其波长降至193纳米。到90年代末，他们看到深紫外光路线即将走到尽头。但接下来会发生什么？ 所有的选择都令人头疼。他们可以转向X射线，其波长微小至1纳米，但极难聚焦。电子束和离子束同样精确；但它们像点阵式打印机一样工作，逐点转移图案，这太慢了。（芯片行业希望一台机器每小时能处理数百片晶圆。） > **“这是一家非常注重工程的公司：*让我们派数千名工程师去把这些难题都解决掉。*他们就是这么做的，而且成功了。”** 杰夫·科赫，SemiAnalysis分析师 大约在2001年，当时在光刻领域还较小的玩家ASML将赌注押在了另一个选项上：EUV，其波长略低于X射线范围。尼康和佳能也在研发，但它们退出了——而ASML坚持了下来。这个想法充满了未知数。没人知道如何可靠地产生那种光，也不知道如何聚焦它；EUV会被普通玻璃透镜吸收。它甚至会被空气吸收。ASML原以为需要整整六年才能摆脱这个研发噩梦。 实际上，它花了16年时间和大约100亿美元的研究经费，但它成功了。这台在真空中工作的机器，通过蒸发熔融锡并使用镜子来引导，从而产生EUV光。历史悠久的德国光学公司蔡司不得不发明新的抛光（使用离子束去除微小瑕疵）和检查镜子的技术。 “他们某种程度上忽略了像‘嘿，这永远行不通’这样的噪音，只是埋头解决这些巨大的工程难题，”曾在ASML工作、现为芯片行业研究公司SemiAnalysis分析师的杰夫·科赫说。“这是一家非常注重工程的公司：*让我们派数千名工程师去把这些难题都解决掉。*他们就是这么做的，而且成功了。” 当第一批EUV机器在2017年上市时，每台成本远超过1亿美元。一些观察者质疑主要的芯片制造公司——台积电、三星和英特尔——是否真的有这么大的需求。在芯片制造商等待EUV问世的那些年里，光刻行业已经开发出巧妙的方法来改进老式的深紫外光。（例如，如果在晶圆上放一层水，光可以聚焦得更窄。）也许在很长一段时间内，EUV都不那么被需要？ 但ASML运气不错。EUV问世仅几年后，OpenAI发布了GPT-3，然后是ChatGPT。人工智能一下子进入了主流。突然间，OpenAI、谷歌、Meta和Anthropic等公司对高端芯片如饥似渴，因为它们正在建设庞大的服务器群来训练和部署大型语言模型。EUV使得量身定制的AI芯片设计的生产变得更容易、更快速。英伟达开始生产精英级GPU（完美适合AI训练的处理器），每块售价4万美元；大公司们还嫌不够。AI战争打响了，EUV需求旺盛。ASML表示，在2025年，它向公司出售了近50台EUV机器，并获得了近400亿美元的收入。截至发稿时，该公司市值超过5000亿美元。 --- ASML的新机器不乏潜在客户。但有一个财力雄厚的客户，无论花多少钱都买不到：中国。 美国希望削弱中国制造尖端AI芯片（或任何先进芯片）的能力。因此，当ASML在2017年开始销售其最初的EUV机器时，特朗普政府成功施压荷兰政府，禁止该公司向任何中国公司出售这些机器。美国还对中国的电信巨头华为实施了出口管制，禁止美国公司使用其4G和5G设备。 这一记组合拳激怒了中国政府，并促使其采取行动。中国现在正投入数十亿美元用于追赶，并试图开发自己的EUV芯片图案化技术。去年冬天*路透社*的一篇报道发现，一个雇佣了前ASML员工的政府秘密研发项目已经拼凑出一台巨大到占满整个实验室楼层的机器。目前尚不清楚它运行得怎么样。希金克说，这项实验很可能正在制造一些芯片，但他怀疑它能否以工业规模进行。 一面镜子正在被安装到高数值孔径机器的光学系统中。图片由蔡司提供 官方否认正在推动开发EUV技术。与*环球时报*（一家与中国政府关系密切的报纸）的一篇社论对这篇报道不以为然，声称中国仍然乐于与西方合作以获得芯片。“我们的目标从来不是孤立地建立一个自给自足的‘技术孤岛’，”它写道，“而是在实现对关键技术的自主可控的基础上，更深入、更平等地融入全球创新网络。” 专家表示现实介于两者之间。中国无疑渴望拥有国内制造高端芯片的能力。而且不像ASML，它不需要其EUV设备高效且有利可图，每小时处理约200片晶圆。*任何*产出都将有助于减少对西方的依赖。 “如果能有一个每小时处理一片晶圆、运行成本高昂的工具，他们会非常高兴，”科赫说。“他们会建一个有一千台这样工具的工厂，并且会非常满意。” 尽管如此，一些人告诉我，产生和管理好EUV光是一项可能需要数年的壮举。专注于安全与技术的智库“特殊竞争研究项目”的技术领导力高级顾问大卫·林表示，在此期间，中国将大力依赖20世纪90年代开发的深紫外光刻技术，并充分利用一种替代但速度较慢的方法，称为多重图案化。“他们会把DUV推向极限，”林说。 AI竞赛也在推动中国设计出更巧妙的方法来开发不依赖最快AI芯片的大型语言模型。在美国，OpenAI、Anthropic和谷歌正在争夺谁能购买最大堆的炙手可热的英伟达芯片。既然中国无法这样竞争，它便不是在硬件上创新，而是在软件上——构建像DeepSeek这样更轻量级的大型语言模型。 --- 随着中国开始行动，ASML仍然像激光一样专注于微缩。为了做得更小，本肖普和他的工程师们决定，他们不会转向一种新的光形式。他们将进行两步舞的第二步：将机器的数值孔径提高一半以上（对于那些关注具体数字的人来说，就是从NA 0.33切换到NA 0.55）。这将使他们能够将晶体管尺寸缩小近一半，并将它们在芯片上的密度提高近三倍。 这也将是一个更容易的攀登。由于无需开发全新的光源，基于高数值孔径EUV（或“高NA”）的新机器将是渐进式的，而非革命性的。 尽管如此，构建新系统确实带来了一些棘手的挑战。在EUV机器中，将图像转移到晶圆上的方式是将光照射在掩模版上的微芯片图案上，然后使用光学系统捕获反射光，并将该图案缩小到你在晶圆上想要的大小。光线一次只照射掩模版的一部分，因此你会快速地来回移动掩模版，让图案的每个部分都暴露在光线下。 转向更高的数值孔径意味着他们可以在掩模版上拥有更小的特征。但这也意味着部分光线将以更陡的角度射向掩模版并反射回来。 这就是问题所在。掩模版上的图案是三维的，因此以如此陡峭的角度射入的光会导致阴影——就像倾斜的阳光在大峡谷中投下阴影一样。这会削弱机器制造清晰图案的能力。 > **新的掩模版以高达22倍重力加速度（22 g）的加速度移动，比公司最初的EUV机器快得多。“别试着坐在上面，否则你会晕过去的。”** 解决方案是改变掩模版上的图案——以及镜子接收光线并将其缩小以将图案赋予晶圆的方式。掩模版上的设计现在将是其宽度的两倍——可以说是在一个维度上被拉伸了。 但这种设计带来了其自身的问题。镜子的改变意味着单次扫描期间暴露的晶圆区域大小只有原始EUV机器的一半，从而降低了系统的速度。而ASML无法容忍任何速度下降：芯片制造商支付费用购买的是具有巨大吞吐量（每小时约200片晶圆）的机器。 如果系统的某一部分变慢，另一部分就必须加速。工程师们决定机器应该更快地移动掩模版，这意味着要使整个机构更轻