來源：半導體產業縱橫
一場價值不菲的科技豪賭。
據報道，美國政府投資價值約10 億美元的研究中心，以开發下一代極紫外光（EUV）制程技術，挑战荷蘭產業領導者艾司摩爾（ASML)。
美國政府支助價值8.25 億美元的EUV 設備將設於Albany NanoTech Complex，成爲首個《芯片法案》計劃的R&D 旗艦設施，並將獲得額外使用者資金。半導體設備商應材（Applied Materials) 預計將成爲主要參與者之一，以直接與ASML 競爭。面對競爭，ASML 於2024 年6 月與比利時imec 合作，开設類似實驗室。
EUV 設備將專注开發最先進的高數值孔徑EUV 研發。美國表示，EUV 曝光技術已成爲達成7 納米以下晶體管大量生產的關鍵技術，包括台積電等主要芯片制造商都採取相關技術。因此，美國政府表示，獲得EUV 曝光技術研發的機會，對於延續美國的半導體技術領先地位、縮短原型开發時間和成本，以及建立和維持半導體人才生態系統非常重要。
美國國家半導體技術中心（NTSC) 及母組織Natcast 成員將於2025 年獲得標准EUV 曝光設備的使用權，並於2026 年獲得High-NA EUV 光刻機的使用權。從2024 年开始，ASML 已經开始向英特爾和其他芯片制造商提供High-NA EUV 光刻機。美國商務部長Gina Raimondo 表示，通過這個旗艦設施，《芯片法案》計劃爲NSTC 提供了先進研究和工具的機會，並啓動代表着確保美國在創新和半導體研發方面保持全球領導地位的重要裏程碑。
Albany NanoTech Complex 現已成爲由IBM 轉型而出的非營利組織NY Creates 一部分，將於2025 年开始初期營運，並允許Natcast、NY Creates 和NSTC 成員合作，开展研發活動。對此，美國商務部標准與技術副部長兼國家標准與技術研究所所長Laurie Locascio 表示，憑借20 年培育有效公私合作夥伴關系的經驗，以及自成立以來在半導體研發、制造和人才發展方面投資超過250 億美元，NY Creates 處於獨特地位，可以支持NSTC 的使命，提供开放環境以加速研究、縮短商業化時間，並在美國培育可持續的半導體生態系統。
Synopsys 前高層，也是當前Natcast 執行長的Deirdre Hanford 指出，CHIPS for America 的EUV 設備強調致力美國开發和推進下一代半導體技術的承諾。與NY Creates 合作，使Natcast 和NSTC 成員獲必要EUV 光刻機和流程，以促進更廣泛的研究，並加速未來技術的商業化。
美國曾有機會引領芯片制造技術，但錯過了
這是一次重大的战略失誤。
美國在發展當今人工智能革命所依賴的半導體技術方面發揮了至關重要的早期作用。然而，現在壟斷該工藝的是一家荷蘭公司，而主導生產的則是亞洲制造商。
極紫外光刻機可以說是當今世界上最重要的電子設備。它們的出現使芯片組裝的處理能力發生了重大變化，爲新一代人工智能工具鋪平了道路。OpenAI 的 ChatGPT 和谷歌的 Gemini 等人工智能平台執行的大量多層次計算加速了通常由人類執行的衆多任務。
現在面臨的問題是，EUV 機器僅由一家公司制造：ASML Holding NV 。每台設備大小與一輛公共汽車相當，每台成本超過 2 億美元。迄今爲止，已出貨 200 多台，使 ASML 成爲歐洲最有價值的科技股，市值超過 3000 億美元。
美國是如何放棄對這項關鍵技術的控制權的？部分原因是，很少有行業高管認爲 EUV 能夠奏效。另一個原因是，長期以來全球最大的芯片制造商英特爾公司的判斷失誤。
近原子尺度
硅芯片由晶體管組成，本質上是一系列門和开關，是現代計算中“0”和“1”的物理表現。爲了使計算機功能更強大，半導體工程師一直在尋求使晶體管更小。20世紀中葉發明的第一批晶體管長度約爲一釐米。現在，它們的寬度只有幾納米，即幾十億分之一米。
在芯片制造的最初幾十年裏，人們使用可見光在硅片上刻出圖案來制造晶體管，這一過程被稱爲光刻技術，之後該行業轉向使用紫外线。20 世紀 80 年代，科學家开始思考如何才能使芯片制造達到近原子級，以保持創新的步伐。新澤西州貝爾實驗室的研究人員开始研究極紫外技術，隨後美國能源部的三個國家實驗室：勞倫斯利弗莫爾實驗室、勞倫斯伯克利實驗室和桑迪亞實驗室也开始研究。美國能源部最終爲這項研究投入了數千萬美元。
隨着這些機構在某些技術要素上取得進展，他們意識到，要想將其推向市場，行業支持至關重要。1997 年，一家名爲 EUV LLC 的公私合營企業成立，其成員包括美國公司英特爾、AMD 和摩托羅拉。該企業最終擴大到包括光刻公司硅谷集團和 ASML，後者也參與了歐洲的一個類似的 EUV 研究聯盟。
當時，日本的尼康公司和佳能公司是光刻技術領域最大的參與者，日本似乎是美國芯片制造主導地位的最大威脅。因此，美國不愿在下一代技術的競爭中讓亞洲國家佔上風，而是全力支持硅谷集團和 ASML 的努力。這家荷蘭公司全力投入 EUV 領域，並在隨後的幾年裏努力挖掘其潛力。2001 年，ASML斥資 11 億美元收購了硅谷集團，這場比賽只剩下一匹馬了。當時，它預計 EUV 將在 2006 年實現商業化。
技術挑战
事實證明，這種想法過於樂觀。該技術極其復雜。它需要用高功率激光以每秒 50,000 次的速度噴射錫滴，產生發射 EUV 光的等離子體。由於這種光在地球上不會自然產生（它被空氣吸收），因此該過程必須在真空中進行。然後，光线被一系列鏡子聚焦，從標线反射回來。標线是玻璃或鏡子上的圖案，可以阻擋和吸收一些光线（該名稱源於槍瞄准器上的十字线），從而形成要蝕刻到芯片上的電路圖案。
由於這些設備的運行規模，德國蔡司公司制造的鏡子必須光滑得幾乎不可能：最大的瑕疵只有一個原子那么高。ASML 表示，如果鏡子的尺寸與一個國家一樣大，最高的凸起也只有 1 毫米高。而且用激光噴射熔融的錫很麻煩。它需要定期清理，這意味着有很多停機時間。這讓人很難想象這些機器的經濟性：半導體制造設施需要每周 7 天、每天 24 小時不間斷運行，才能證明建造它們所花費的數十億美元是合理的。
直到 2012 年，業界才开始認爲這項技術確實可行。而且它仍然需要大量資金投入。因此，ASML 轉向了其最大的客戶：台積電投資 14 億美元，三星電子公司投資 9.74 億美元，英特爾承諾投資高達 41 億美元。這三家芯片制造商當時共持有 ASML 約四分之一的股份。
這一策略奏效了，到 2018 年，ASML 开始大量出貨 EUV 機器。盡管早期大部分運行都是在美國進行的，而且英特爾是 ASML 最大的工業支持者，但第一代機器沒有一台是英特爾的。
這不是 ASML 的選擇，而是英特爾的選擇。當時的首席執行官 Brian Krzanich 並不相信這項技術能夠以經濟的規模發揮作用。他賭一把，希望能夠讓現有技術發揮作用，直到他認爲 EUV 的問題得到解決。他有充分的理由充滿信心：英特爾一直憑借尖端的芯片制造工藝領先於同行。
事實證明這是一個錯誤。2018 年左右，台積電利用 EUV 工藝首次在技術上超越了英特爾。台積電經營着所謂的代工業務，包括蘋果、英偉達和AMD在內的客戶設計自己的芯片，然後委托台積電生產。
與此同時，英特爾努力讓其替代的“多重圖案化”芯片光刻方法可靠地工作。當英特爾將工藝微調到可以大規模應用的程度時，台積電和三星已經开始生產更先進的半導體。
英特爾的下一步行動
與此同時，英特爾仍在爲其失算而苦苦掙扎，因爲以英偉達爲首的其他芯片制造商正在大力推進針對人工智能相關任務的半導體开發。
2021 年接任英特爾首席執行官的帕特·基辛格 (Pat Gelsinger) 在 4 月份表示：“我們採取了重大措施來避免使用 EUV，但正如你所見，它在功率、性能、面積和成本方面都存在缺陷。”
股市說明了這一錯誤的嚴重性。2012 年，當英特爾投資 ASML 時，它的市值是英偉達的 15 倍，幾乎是台積電的兩倍。現在，它的市值只是這兩家公司的一小部分：英特爾的市值爲 1250 億美元，台積電爲 8230 億美元，英偉達爲 2.7 萬億美元。這在很大程度上是由於英特爾無法獲得 EUV。
基辛格迫切希望確保自己不會重蹈前任的覆轍。英特爾正在全力支持下一代 EUV：高數值孔徑。該方法使用新的光學系統將光线聚焦到更小的點，該公司已經在俄勒岡州的一個工廠安裝了第一個預生產模型。該公司計劃裁員數千人，並將資源集中在新工廠上，爲其他芯片制造商和自己的芯片制造商生產半導體。
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