光刻机、台积电、三星：谁是全球芯片战争的胜负手？

光刻机、台积电、三星：谁是全球芯片战争的胜负手？ 光刻机、台积电、三星：谁是全球芯片战争的胜负手？

原创2022-09-23 19:37·投研双杰

视频请看下面的链接：

光刻机、台积电、三星：谁是全球芯片战争的胜负手？

为了摆脱多国疯狂制裁、受制于人的局面，俄罗斯首期豪掷6.7亿卢布（约840万美元，2022年4月16日汇率），向芯片制造的命门——光刻机，发起进攻。而当今世界上最先进的光刻机制造商ASML（阿斯麦），一台EUV（极紫外线）光刻机的价格约为2亿美元。

并且，俄罗斯要研制的，不是普通的光刻机，而是极为先进的X射线光刻机。这要是成功啊，性能将吊打ASML的EUV光刻机。

俄罗期要小力出奇迹了吗？你觉得俄罗斯的X射线光刻机会成功吗？

这事要是成了，我们从俄罗斯进口这先进设备，就不用再受美国和欧洲的鸟气了。如今，我们还止步于14纳米的落后芯片制程，而（中国）台积电、三星都在向着3纳米制程进军。

因为美国，中兴、华为惨遭无理打压断芯，过了4年，我们从ASML订的EUV光刻机还没有运到。

美国不让ASML卖给我们光刻机，就是为了卡住我们芯片产业的脖子。

那么，问题来了：

ASML为何如此强大？

为什么一家荷兰公司要听美国的话？

我们为什么会依赖ASML？

将来，我们能否摆脱对ASML的依赖？

今天，投研双杰，就来解答这些问题。

干掉日本美国

现在，ASML的市值已高达2407亿美元，超过大家耳熟能详的英特尔1860亿美元的市值。

2021年，ASML的营收为201亿美元，同比增长33%。更可怕的是，这一年，ASML还获得了283亿美元的订单，同比增长超过200%。

ASML的客户，都是台积电、三星、英特尔等等别人喊“爸爸”的巨头，但到了ASML这里，这些科技巨头都得喊ASML“爸爸”，以求ASML早点发货。

和所有的超级英雄故事一样，今天芯片行业的共同“爸爸”——ASML，起家时，只是一个穷小子。

1984年，荷兰科技之城埃因霍温（Eindhoven），飞利浦豪华大厦外的简易板房里，电子巨头飞利浦的子公司ASML成立了。

和别人爹亲娘爱被当做小宝贝不同，ASML一出生就被飞利浦当成了奇葩和弃子，扔在一旁，不闻不问，不管不顾。谁也不会想到，这家垃圾堆旁的寒碜小公司，会在多年以后踢下不可一世的日本尼康，成为首屈一指的芯片巨头。

尽管条件艰苦、困难重重，ASML还是靠着初生牛犊不怕虎的精神，在成立的第一年就“折腾”出了其首台光刻机PAS 2000。不过现实是残酷的，当时的光刻机市场，是美国、日本的天下，一家没啥名气的荷兰小公司推出的产品，没人正眼看一下。

刚开始，ASML那是屡屡碰壁，连年亏损。直到1991年，经过多年的持续努力和不断改进，靠着推出的突破性光刻机PAS 5500，ASML才止住颓势，扭亏为盈。此后，ASML迅速打开局面，并于1995年迎来高光时刻，在阿姆斯特丹和纽约证券交易所成功上市。

资本市场的助力让ASML如虎添翼，到2000年代，ASML大举扩张，将硅谷集团（Silicon Valley Group）等高科技公司和西盟科技（Cymer）等关键供应商收入囊中。

而真正奠定ASML“光刻机一哥”地位的，是一项极具革命性的前沿技术——EUV光刻。

EUV光刻使用波长极短的极紫外光作为雕刻光源，拥有极高的打印精度，是目前生产7纳米以下制程先进芯片的唯一技术，苹果的iPhone“十三香”芯片，使用的就是EUV光刻技术。

而上一代的DUV（深紫外线）光刻，由于使用的深紫外光波长是极紫外光的10几倍，打印精度就要大打折扣，主要用来生产冰箱、汽车电子设备等使用的低性能芯片。

早在1997年，ASML就开始研发更先进的EUV光刻技术。先进是先进，但这种技术也是一头吞金巨兽，花起钱来那叫一个哗啦啦如流水啊，到2012年，财大气粗的ASML也扛不住了。

为了解决资金难题，ASML想出了一个妙招——“客户联合投资计划”。简单来说，就是接受客户注资，让其成为股东的同时享有先进光刻机的优先订货权。这一革命性的策略获得巨大的成功，ASML和客户取得双赢，不管是ASML的研发资金，还是客户的先进光刻机需求，都得到了满足。

果然ASML的三大客户英特尔、台积电和三星纷纷出资，积极响应。就这样，ASML用23%的股权换来53亿欧元的长期资金，扫除了EUV光刻机研发投入的后顾之忧。

最终，ASML借势发力，成功研制出先进的EUV光刻机并实现量产，成为这个尖端领域的唯一玩家。

揭秘EUV光刻

先进的EUV光刻技术，彻底变革了芯片制造。

芯片由硅做成，这种元素来自于地球上常见的岩石和沙子，它们经过提纯、融化，然后被切割成圆形晶片。每个晶片有几十个薄层，分布在上面的数十亿个晶体管决定了芯片的功能。

比如风靡全球的“地表最强手机”iPhone，其微处理器芯片就拥有超过100亿个晶体管，这些晶体管将决定iPhone的运行速度和各种性能。

通过光刻技术，可以打印这些薄层。当机器投射出的精确光线击中涂有光刻胶的晶片表面时，会以极高容量在每一层打印出芯片的微小设计。

而投射光线的波长越短，打印出的特征设计就越小，这意味着芯片的体积更小、速度更快、功耗更低。

目前最先进的EUV光刻技术使用的，就是波长只有13.5纳米的极紫外光，这一数值仅仅是5条并列DNA链的宽度，因此，其雕刻精度极高，打印出的芯片性能也极为优良。

而这种高精度也对环境和设备部件提出了极为苛刻的要求。

比如，EUV洁净室里的空气比外面干净10000倍，为了保护机器免受污染，进出人员都要穿上包裹严密的防护服。

而产生用于雕刻的EUV光，要用到在4000psi（磅力/平方英寸）高压下喷射出的熔融锡。

熔融锡被喷嘴以每秒50000滴的速率喷出，一束30千瓦的二氧化碳激光每秒击中液滴2次，将其蒸发为等离子体，这些微小爆炸将发射出EUV光子。因为只有约5%的光子能到达晶片，这就需要大量的锡爆炸。由于这些光子将很快被镜子吸收，精确追踪它们要用到专属镜头。

为了确保打印精度，ASML和德国光学公司蔡司（Zeiss）合作，制造出了世界上最平坦的镜子。如果把这种普通书桌大小的镜子放大到荷兰那么大，整个镜面最大的凸起大概只有1毫米。

通过这些令人惊讶的蔡司镜子，EVU光不断反射，直到击中晶片表面的光刻胶，打印出芯片中的微小设计。这一精度就像从月球发射一束激光，刚好击中了地球上的一枚硬币。

高效运转的EUV光刻机，每天大概能生产3000个晶片，而每个晶片可以包含数百个芯片，这样，上百万的芯片就被源源不断地生产出来了。

垄断芯片市场

EUV光刻机体型庞大，生产和运输都是个难题。

不过好在，它能被拆分为7个模块，ASML遍布全球的站点完成每一部分的建造后，再被运到荷兰的费尔德霍芬（Veldhoven）总部进行组装和测试，之后再次拆卸以便运往订购的芯片制造商。

EUV光刻机贵得离谱，一台高达2亿美元，放眼世界，只有5个客户能买得起：美国美光（Micron）、SK海力士（SK Hynix）、三星（Samsung）、英特尔（Intel）和台积电（TSMC），这其中啊，后三者又是“冤大头”，在ASML的业务占比高达近85%。当然，还有东方大国的一些公司真心想买，ASML也真心想卖，但在“世界警察”的横加干涉下，交易始终无法完成。

EUV光刻机不仅造价高昂，而且制造极端复杂，一年也造不了多少，是不折不扣的奢侈品。最近几年芯片供应紧张，又给光刻机的制造蒙上了一层阴影。光刻机是能制造芯片，但制造光刻机本身也需要大量芯片，芯片短缺会限制光刻机产量，而这又会限制芯片产量，造成更严重的芯片短缺。真的是鸡也缺，蛋也缺。

2021年，ASML只卖了42台EUV，而10年来，其总出货量也就140 台。不是ASML不想多卖，是它造不出那么多。

这种芯片制造的高门槛让很多市场参与者不寒而栗，直呼玩不起。在5年前或更早，因为承受不了EUV的天价，美国芯片制造巨头格罗方德（Global Foundries）就明确表示，他们不会追求先进的7纳米制程芯片。

在EUV之前，向哪家厂商购买光刻机，芯片制造商还有得选，除荷兰ASML之外，日本尼康和佳能都能提供不错的产品。

但到了EUV领域，芯片制造商就选无可选了，因为ASML是这个市场的绝对垄断者，目前而言，整个地球上，只有ASML一家能造出EUV。

任何其他公司想要迎头赶上，都可能需要数十年。这是因为，拼搏多年，ASML已手握大量的核心专利技术，并且，ASML还和全球近 800家供应商建立了复杂的独家交易关系，这两大要点卡住了EUV制造的脖子，其他公司根本就绕不过去。

就像ASML CEO温彼得（Peter Wennink）所说的那样，“我们对客户来说是独一无二的，就像一些供应商对我们来说是独一无二的。有人说这种几乎共生的关系比结婚更糟糕，因为你不能离婚”。

就连ASML自己也害怕供应链风险，为此，它会直接收购一些供应商，比如，2020年，其就收购了主要制造特殊玻璃的柏林格拉斯集团。

芯片战争的最后赢家是谁？

如今，世界上一半的最先进芯片，由ASML的两个客户台积电和三星在亚洲制造，这种局面让欧美很是担忧。

为了减少海外依赖，维护国家安全，他们脸都不要了，阳的阴的全部用上，绞尽脑汁，就想增加本土芯片产能。

今年2月，美国众议院通过了长达2900多页的《2022美国竞争法案》，其中重要一条就是将为美国芯片制造商提供高达520亿美元的补贴。

此前，美国也曾向台积电、三星等公司施压，要求其赴美设立芯片工厂。

这意味着，美国将需要更多的ASML光刻机。

让人气愤的是，美国自己拼命抢购ASML的先进光刻机，却不让ASML向中国分享最新的芯片制造技术。

早在2018年，中芯国际就豪掷10亿元向ASML订购了一台EUV光刻机，但在美国干扰下，先是工厂神秘失火，后是交货时间一再延迟，直到今天，这台先进的光刻设备也没能运到中国。

并且，通过《瓦森纳协定》，美国还将全球40多个国家绑上了对华光刻机出口管制的战车。更糟糕的是，未来，这一出口管制名单可能扩展到不那么先进的DUV光刻机。

当我们还在为上一代光刻机的交易风险感到担忧时，美国企业却已将目光投向了下一代光刻机。

2022年，英特尔开始采用EUV生产先进芯片，这比台积电晚了足足3年。为了扭转颓势、迎头赶上，英特尔决定采取前所未有的大胆举措：今年初，向ASML订购了一台还在研发中的下一代EUV光刻机——EXE:5000。

EXE:5000造价高达3亿美元，预计2023年首批发售，2025年才能实现量产。与如今的第一代EUV相比，其最大亮点是物镜系统的数值孔径（NA）由0.33大幅提高到了0.55，这将让其分辨率提高了约70%，进一步提升了光刻机的雕刻精度，一举将芯片制程带到2纳米甚至逼近极限的1纳米。

最后，我想说，光刻机作为芯片战争的胜负手，中国正发愤图强，奋力追赶。虽然离世界先进水平还有一定距离，但千里之行，始于足下，正如ASML CEO温彼得所说，“虽然中国不太可能独立造出顶尖光刻机，但也别那么绝对”。

那么，就这一问题，你们的看法是什么样的？

来源：投研双杰