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吴晓波:光刻机的故事

吴晓波:光刻机的故事

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在人类商业史上,这是一个极端另类的创新故事。

 文 / 吴晓波(微信公众号:吴晓波频道)


1992年,一位叫约翰·卡拉瑟斯的英特尔研发负责人走进CEO安迪·格鲁夫的办公室,向他申请2亿美元的经费,去投入一个“不可能的任务”。


当时的格鲁夫正专注于一场生死之战。在整个1980年代,日本人凭借极致的成本优势,在内存市场上对美国人穷追猛打。1986年,英特尔爆出巨亏,格鲁夫被迫放弃内存,转战微处理器。就在卡拉瑟斯找他的当下,奔腾处理器马上要面世了。格鲁夫无力他顾,更没法掏出2亿美元的巨资。


卡拉瑟斯想要投入研发的项目是光刻技术。光刻机是生产芯片的核心设备,当时的光刻机公司使用深紫外光的工具,其波长为248纳米,卡拉瑟斯认为,这样的技术将很快不能满足下一代半导体所需要的更小的晶体管。他想瞄准的是波长为13.5纳米的极紫外光(简称EUV)。而几乎所有的人都认为,极紫外光不可能大规模产生。


“偏执狂”格鲁夫疑惑地问卡拉瑟斯:“你是想告诉我,你打算把钱花在一些我们甚至不知道是否会成功的事情上?”


卡拉瑟斯回答说:“是的,安迪,这叫研究。”


格鲁夫下不了决心,转身去找戈登·摩尔。他是英特尔的联合创始人,摩尔定律的提出者。1986年,就是在他的鼓励下,格鲁夫决意冒险转战微处理器。那天,他们再次进行了几乎完全相似的对话。


格鲁夫问摩尔:“你会怎么做,戈登?”


摩尔盯着老伙计的眼睛,然后幽幽地说:“安迪,你还有其他选择吗?”





那一年,格鲁夫给了卡拉瑟斯2亿美元。在后来的二十多年里,英特尔在光刻技术上又先后投进去了数十亿。但是,英特尔没有生产光刻机,它的技术都用于跟一家荷兰公司共享。


这家公司的名字叫阿斯麦。


阿斯麦原本是飞利浦内部的一个光刻部门,在1984年被剥离出来独立运营。事实上,它是一个弃子。后来担任过公司CEO的弗里茨·范霍特回忆说:“当时,除了与飞利浦的关系,我们既没有制造设备,也没有钱。”


英特尔之所以押注弱小的阿斯麦,则是完全出于竞争战略的考量。


在1990年代初,全球光刻机技术的领先者也是日本人,尼康和佳能几乎统治了整个市场。美国的两家独立公司,GCA和硅谷集团溃不成军。荷兰被看成是日美贸易大战中的“中立国”,飞利浦是欧洲最富盛名的电子公司,背靠大树的阿斯麦成了一个最优选择项。


光刻机的产业链下游是生产芯片的晶圆工厂。1987年,德州仪器的工程师张忠谋回到台湾创办台积电,飞利浦是他的基石投资人。于是,资本的血脉把两个名不见经传的创业公司联系在了一起。阿斯麦生产的第一批19台光刻机,就是出售给台积电的,而后者用来支付的费用来自一场火灾的保险金。


因为EUV光刻机的研发投入实在太大,时间太漫长,而且充满了种种的不确定性,台积电内部的科技团队几度动摇。张忠谋对范霍特说:“我们会一直跟你们在一起,台积电没有B计划。”


荷兰公司阿斯麦制造的EUV光刻机




在长达十多年的时间里,英特尔对极紫外光技术投入了巨额的资金,同时还动用了劳伦斯·利弗摩尔和桑迪亚两个国家实验室,另外,国防部也是其中最重要的参与成员之一。英特尔对阿斯麦的技术输出,在美国国内引起过一场关于“国家安全”的争论。


芯片是一切电子设备的心脏,而光刻机是制造心脏的机器。在一些政治家看来,没有光刻技术的美国是危险的。


2001年,在格鲁夫的支持下,阿斯麦收购了美国唯一的光刻机公司硅谷集团。有三名参议员联名给小布什总统写信,颇为担忧地提醒说:“阿斯麦将拥有美国政府所有的EUV光刻技术。”


尽管如此,硅谷集团收购案还是得到了国会的通过。那是冷战结束以后最好的黄金年代,几乎所有人都是全球化的信徒,人们坚信,单边行动越来越无效,技术的无国界扩散是不可阻挡的。同时,美国人还认为,荷兰人背叛他们的概率几乎完全不存在。




2015年,第一台EUV光刻机被安装进了台积电的工厂,此时,罹患癌症的格鲁夫已经走到生命的终点。在过去的二十三年里,有四十多个国家的公司和科技人员被卷入到了这个空前艰难的项目中。


在资本结构上,韩国三星和台积电先后成为阿斯麦的投资人,如今他们是芯片业最大的赢家。光刻机的研发就是一个“巨人吞金”的过程,仅在2012年,英特尔就以赠予和投资的方式向阿斯麦注入了40亿美元。


在产品制造上,阿斯麦本身只生产EUV光刻机部件的15%,其余部分都是从其他公司采购。其核心部件中的激光器由美国西盟研制,反射镜和透镜来自德国的老牌光学公司蔡司。这些企业在项目的参与过程中,也同时完成了自身的技术迭代。


在研发人员上,阿斯麦不惜重金招揽了全球最顶级的人才,在偏僻的维尔德霍芬镇上,有超过6000名科技人员,他们有着不同的肤色和学科背景,来自60多个不同的国家。


EUV光刻机单台售价一亿美元,是工业史上最复杂和最昂贵的大规模生产机器。在它的复制光源的系统中,零部组件的数量多达惊人的457329个。它的研发历程,是一群疯狂的商业梦想家试图“用无限资金去解决一个不可能解决的问题”。



如今,阿斯麦成为EUV光刻机唯一的生产商。光刻技术的革命性突破,超高分辨率芯片的持续迭代,为人工智能、物联网、5G通信等新兴技术的应用提供了基础性的支持。


在人类商业史上,这是一个极端另类的创新故事。


EUV光刻机被认为是“我们这个时代最大的技术赌注之一”。几乎所有参与的国家都意识到,谁拥有了它,谁就掌握了驱动下一代科技进步的按钮。同时,他们也都清晰地知道,没有任何一个国家有能力独立建成这座通天的“巴别塔”。最终他们选择了合作。


这真是一个十分诡异的景象,在决定未来科技命运的“芯片战争”中,最核心战场之一的EUV光刻机领域,人们居然放弃对峙,携手攻坚。在某种意义上,这既是商业的成功,更是人性的战胜。




我所讲述的这段故事取自克里斯·米勒所写的《芯片战争》一书。他是美国的一位年轻的国际史教授,这本书的推荐人包括保罗·肯尼迪、萨默斯和尼尔·弗格森,应该算得上是信史。



如今,EUV光刻机的对华全面限售,已经成为中国芯片产业发展最致命的卡脖子事件。米勒在他的书里用相当多的篇幅讲述了中国公司的努力。根据他的计算,如果我们要独立掌握完整的EUV光刻机制造工艺,至少要十年的时间,成本将远超一万亿美元。更严峻的问题是,阿斯麦新一代的高孔径EUV光刻机即将在2025年前后交付,英特尔将成为第一个用户。差距还在继续拉大,而且看上去遥不可及。


现在,让我们共同思考以下几个问题。


问题一:内生独立的“举国体制”能不能成功?


光刻机的故事告诉我们,至少在高科技领域,全球化协同仍然是不可逆转的潮流和商业模式。没有一个国家可以完全独立地生产出457329个光源零部组件。核武器与光刻机最大的区别是,前者的技术是可堆积的,只需要在最核心的技术部分有几位天才就可能成功,同时在研发投入上可以不计成本。而后者则依赖于整个全球科技和制造系统,而且必须考虑产品的成本、可盈利性和大规模生产。用军工思维来从事商业科技的创新,很可能是一条歧路。


所以,不被卡脖子的最佳办法,不是关起门来内生独立,而是积极融入全球生态系统,成为其中不可被替代的一部分。依赖与交换,是存在唯一和最后的理由。


问题二:在科技突围上,企业家到底有多重要?


在科技创新上,我们常常强调科学家的作用,而轻视企业家。事实上,他们是同一攻关项目的一体两翼。相比而言,科学家更注重单兵作战,依赖于个人的知识和天赋;而企业家则有发起、组织和投资的功能,他们更关注技术的应用性和具有更大的冒险精神。


如果没有格鲁夫的下定决心,没有李健熙和李在镕父子、张忠谋等人的赌徒式投入,极紫外光的商业化,只是盘旋于几位科学家脑海里的一则猜想。


在一个国家的经济发展中,天才级的企业家如同“上帝的礼物”,极其稀少和罕见。他们的出现,既有赖于产业和市场的土壤,更带有一定的偶发性,他们并不必然诞生,但是一旦出现,则飞龙在天,可能以出人意料的方式改变河流的方向。



所以,我一直坚定地认为,既有“时代的企业家”,同时也有“企业家的时代”。偏取其一,俱为错误。


问题三:大公司与初创企业到底是什么关系?


当今全球科技圈有光芒四射的“四小龙”——阿斯麦、ARM、英伟达和OpenAI,细细梳理他们的成长史,可以发现一个共同的规律,就是在创业的早期,他们都得到了大公司的投资,并在资本、技术和订单上获得了强劲的支持。


在这个意义上,他们无一例外,都是风险投资下的蛋。在这一模式之下,大公司跳出自己的护城河,在更广袤和不确定性的原野上寻找天才的猎手。而年轻的初创公司则在巨人的扶持下,以超常规的速度成长为奇迹。


这一景象一度也在中国发生过。就在几年前,中国每年诞生上百家科技独角兽,其中一半的风险投资人为互联网大厂。很可惜,这一态势居然被自我阉割。那句“一鲸落,万物生”,实在是可悲可叹的误国谬言。


我读米勒的这本《芯片战争》,是在周末的一个午后。杭州西溪湿地莺飞草长,到了一年最美的季节。在我读书的不远处是杭州未来科技城,那里曾经是午夜灯明、无比喧嚣的中国互联网高地,如今,那边的公司正在裁员,连周遭的房价也已跌去两成。


书中刀光剑影,身畔桃红柳绿,我心怅寥起伏,竟无可着落处。



本篇作者 吴晓波 | 当值编辑 李梦清
主编 | 何梦飞 图源 | VCG

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