淺談EUV光刻的基礎(chǔ)知識(shí) EUV光刻如何制造芯片？

幾周前，拜登要求荷蘭政府限制 ASML 公司對(duì)中國(guó)的出口。ASML 是世界上唯一一家制造最先進(jìn)芯片所需的EUV***的公司。沒有荷蘭最大公司的這臺(tái)機(jī)器，蘋果就無(wú)法生產(chǎn) iPhone 芯片。ASML 不僅塑造了荷蘭經(jīng)濟(jì)——它塑造了整個(gè)世界經(jīng)濟(jì)。那是怎么發(fā)生的？

塔夫茨大學(xué)教授《芯片戰(zhàn)爭(zhēng)：為世界上最關(guān)鍵的技術(shù)而戰(zhàn)》的作者 Chris Miller 寫了很多這方面的內(nèi)容，并深入探討了地緣政治和十分吸引人的芯片制造過(guò)程。包括外交政策、高功率激光、能干的高管、壟斷、物理學(xué)的基本極限。

最近的一則新聞報(bào)道讓人印象深刻，它報(bào)道了科技界和芯片行業(yè)正在發(fā)生的各種事情，其中最明顯的是，拜登正試圖向荷蘭政府施壓，要求其停止運(yùn)送芯片——供給中國(guó)制造設(shè)備。乍一看，這似乎是一個(gè)非常令人驚訝的地緣政治局勢(shì)。你能講解一下發(fā)生了什么嗎？

眼下美國(guó)正試圖切斷中國(guó)制造先進(jìn)半導(dǎo)體的能力，其判斷是先進(jìn)半導(dǎo)體對(duì)訓(xùn)練人工智能系統(tǒng)至關(guān)重要。如果無(wú)法獲得最先進(jìn)的芯片，那么你就無(wú)法在 AI 方面取得有意義的進(jìn)步。

要制造先進(jìn)的半導(dǎo)體，你需要從世界上少數(shù)幾家具有制造這些工具的精密能力的公司購(gòu)買機(jī)床。這些公司中最重要的公司之一是總部位于荷蘭的名為 ASML 的公司。它具有獨(dú)特的能力——世界上沒有其他人可以復(fù)制的能力，它生產(chǎn)一種稱為 EUV 光刻工具的機(jī)器，沒有***目前就不可能制造出先進(jìn)的芯片。

大多數(shù)人沒有意識(shí)到芯片制造是國(guó)家經(jīng)濟(jì)的核心。通過(guò)閱讀您的書，EUV 的開發(fā)過(guò)程始于美國(guó)的英特爾，然后完全脫離了英特爾。一家荷蘭公司如何擁有這項(xiàng)關(guān)鍵的芯片制造技術(shù)？

光刻的概念，即使用光在硅晶片上創(chuàng)建圖案的過(guò)程，于 20 世紀(jì) 50 年代末在美國(guó)發(fā)明，并從第一代半導(dǎo)體的早期就部署在芯片行業(yè)中。芯片行業(yè)起源于美國(guó)得克薩斯州和硅谷，因此光刻技術(shù)的早期用戶主要是美國(guó)公司。在 1980 年代和 1990 年代，該行業(yè)試圖轉(zhuǎn)向一種更先進(jìn)的光刻技術(shù)，稱為 EUV（極紫外）光刻，它指的是這些系統(tǒng)中的光類型。

許多研究由英特爾和其他幾家美國(guó)芯片公司資助，并在美國(guó)國(guó)家實(shí)驗(yàn)室完成，這些實(shí)驗(yàn)室擁有實(shí)際制造所需波長(zhǎng)的紫外線所需的設(shè)備類型和測(cè)試能力。但是沒有一家美國(guó)公司可以將這種設(shè)備商業(yè)化。盡管科學(xué)和技術(shù)主要是在加利福尼亞完成的。ASML 是一家已經(jīng)制造了老一代光刻工具并有能力將科學(xué)轉(zhuǎn)化為大規(guī)模制造設(shè)備的公司。這讓 ASML 走上了今天的軌道：世界上唯一一家可以生產(chǎn) EUV 光并用它來(lái)生產(chǎn)半導(dǎo)體的機(jī)床生產(chǎn)商。

你能否向我們介紹 EUV 光刻的基礎(chǔ)知識(shí)以及它如何制造芯片？

那么首先，什么是光刻？如果你想在硅晶片上制作圖案，你可以通過(guò)掩模照射光線來(lái)實(shí)現(xiàn)。掩模會(huì)阻擋某些區(qū)域的光線，而讓其他區(qū)域的光線通過(guò)，這就是你在芯片上獲得微型版本圖案的方式。今天的先進(jìn)芯片中嵌入了數(shù)百萬(wàn)甚至數(shù)十億個(gè)微型電路。它們通常只有病毒大小甚至更小，因此確實(shí)需要超精確的碳功能。

EUV 光刻使用波長(zhǎng)為 13.5 納米的光，這是一種遠(yuǎn)小于可見光波長(zhǎng)的超小光。需要非常小波長(zhǎng)的光，因?yàn)榈窨痰碾娐贩浅７浅Ｐ?；它們本身的尺寸通常只有幾納米。產(chǎn)生這種類型的光非常困難，因?yàn)樗o鄰 X 射線光譜。它的制作很復(fù)雜，反射它的鏡子的研制也很困難。

這就是獲得 A13 芯片的方式，對(duì)吧？

對(duì)的。

臺(tái)積電必須從 ASML 購(gòu)買這臺(tái)機(jī)器，ASML必須制造那臺(tái)機(jī)器，然后把它賣給臺(tái)積電，然后臺(tái)積電用它來(lái)制造 iPhone 芯片或其他任何東西。ASML把這臺(tái)機(jī)器賣給臺(tái)積電是不是就結(jié)束了？但這聽起來(lái)是一件操作起來(lái)非常復(fù)雜的事情。

這非常復(fù)雜。光是運(yùn)送這臺(tái)機(jī)器就需要多架飛機(jī)，每架要花費(fèi) 1.5 億美元。在這些工具的整個(gè)生命周期內(nèi)，機(jī)器旁邊都有 ASML 工作人員在現(xiàn)場(chǎng)。ASML 是唯一一家知道在出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)如何為它們提供服務(wù)的公司，并且他們是唯一一家擁有備件以防出現(xiàn)故障的公司。沒有 ASML 員工，你就無(wú)法操作它們。

它們是如此復(fù)雜和精確，以至于學(xué)習(xí)如何在大規(guī)模生產(chǎn)設(shè)施中操作它們不僅需要像臺(tái)積電這樣的半導(dǎo)體公司對(duì)它們的使用進(jìn)行大量研究，還需要與 ASML 建立深厚的合作伙伴關(guān)系，因?yàn)樗麄兇_實(shí)關(guān)于光學(xué)器件如何工作以及光如何在不同環(huán)境中反射和折射的獨(dú)特知識(shí)。你需要與 ASML 進(jìn)行非常非常深入的合作，以了解如何在大規(guī)模制造中實(shí)際使用這些機(jī)器。

聽起來(lái) ASML 壟斷了這個(gè)晶圓廠設(shè)備。他們賣給其他供應(yīng)商嗎？英特爾可以購(gòu)買這些機(jī)器嗎？其他代工廠可以嗎？三星能買這些機(jī)器嗎？

是的。ASML 向世界各地的客戶銷售產(chǎn)品，雖然現(xiàn)在對(duì)中國(guó)銷售有一些限制，但只有幾家公司能夠真正合理地使用 EUV 機(jī)器。它是臺(tái)積電、三星、英特爾以及一些存儲(chǔ)芯片制造商，如 SK 海力士和美光。那里的其他潛在客戶很少，因?yàn)閮r(jià)格太高，而且實(shí)際使用它們所需的精密制造技術(shù)水平確實(shí)非常小眾和獨(dú)特，以至于 ASML 知道它的客戶群永遠(yuǎn)只有一半十幾家或最多十幾家公司。

為什么 ASML 不自己制造芯片？

因?yàn)锳SML 不知道如何制造芯片。他們是一家非凡的公司，但一家公司只能做這么多。這臺(tái)機(jī)器只是制造芯片所需的多臺(tái)超復(fù)雜機(jī)器中的一臺(tái)。除了通過(guò)這種非常復(fù)雜的光學(xué)器件以完全正確的波長(zhǎng)照射光線外，你還需要不同的機(jī)器來(lái)鋪設(shè)只有幾個(gè)原子厚的材料薄膜，或者在硅中蝕刻只有幾個(gè)原子寬的部件。這些機(jī)器由不同的公司生產(chǎn)，它們擁有自己獨(dú)特的能力，而 ASML 對(duì)此一無(wú)所知，同時(shí)這些公司對(duì)光刻技術(shù)知之甚少。

芯片制造商本身也有獨(dú)特的能力。臺(tái)積電比任何人，包括它的供應(yīng)商，都更擅長(zhǎng)使用這些機(jī)器來(lái)實(shí)際有效地制造芯片。我們確實(shí)需要所有這些不同的公司、像 ASML 這樣的工具制造商和像臺(tái)積電這樣的芯片制造商建立合作伙伴關(guān)系，以實(shí)際生產(chǎn)有效的半導(dǎo)體。

你可以購(gòu)買該工具，但你必須真正知道如何使用它？

這是絕對(duì)正確的。了解如何使用它是一個(gè)過(guò)程，不僅需要從電氣工程或材料科學(xué)博士學(xué)位開始，而且確實(shí)需要多年使用這些工具。開發(fā) EUV 工具的過(guò)程耗時(shí) 30 年。這只是讓你了解實(shí)際利用它所需的精確度。

我想談一談，因?yàn)榕c英特爾的那段歷史真的很有趣。事實(shí)上，我們最近邀請(qǐng)了英特爾首席執(zhí)行官 Pat Gelsinger 在節(jié)目中，我向他詢問(wèn)了 EUV。我們可以得到他的回答，以及為什么他認(rèn)為英特爾沒有贏得這場(chǎng)比賽是愚蠢的，但我想回到我們開始的地方，那就是拜登總統(tǒng)在荷蘭，他正在向總理施壓限制 ASML 設(shè)備出口到中國(guó)。你說(shuō)世界上只有少數(shù)幾家公司可以使用這些機(jī)器，你點(diǎn)名的公司都不是中國(guó)公司。為什么擔(dān)心荷蘭政府會(huì)允許對(duì)中國(guó)出口？

如果你能使用先進(jìn)的芯片制造工具，比如 ASML 和世界上少數(shù)其他先進(jìn)工具制造商生產(chǎn)的工具，你就有相當(dāng)好的機(jī)會(huì)制造先進(jìn)的芯片?，F(xiàn)在，還不能保證你能做到，但這些工具是關(guān)鍵的瓶頸之一，只有幾家公司可以生產(chǎn)，而且沒有一家是在中國(guó)生產(chǎn)的。美國(guó)正在考慮將越來(lái)越依賴人工智能的下一代軍事和情報(bào)系統(tǒng)。人工智能系統(tǒng)在龐大的數(shù)據(jù)中心進(jìn)行訓(xùn)練，這些數(shù)據(jù)中心充滿了 GPU 等復(fù)雜芯片，這是用于訓(xùn)練人工智能系統(tǒng)的芯片類型。

如果你不能大規(guī)模制造尖端芯片，那么你就無(wú)法獲得訓(xùn)練 AI 系統(tǒng)所需的數(shù)據(jù)中心容量。美國(guó)最終試圖阻止中國(guó)開發(fā)先進(jìn)的數(shù)據(jù)中心。它使用機(jī)床作為瓶頸，阻止美國(guó)公司以及日本和荷蘭公司將這些設(shè)備轉(zhuǎn)移到中國(guó)。

有許多中國(guó)公司試圖變得足夠先進(jìn)以購(gòu)買 ASML 的 EUV 工具。中國(guó)領(lǐng)先的代工廠就是最好的例子，但是現(xiàn)在美國(guó)希望荷蘭人對(duì)更廣泛的光刻工具集實(shí)施控制——不僅是最先進(jìn)的，而且是第二先進(jìn)的工具。這是美國(guó)政府提出的新要求，需要美國(guó)和荷蘭就是否允許這樣做進(jìn)行廣泛的談判和討論。

支持什么，反對(duì)什么？

理由是，即使是第二代最先進(jìn)的工具也可以用來(lái)生產(chǎn)一些相當(dāng)復(fù)雜的芯片，這當(dāng)然是事實(shí)。反對(duì)的論點(diǎn)是，ASML 和其他公司失去市場(chǎng)份額的代價(jià)高昂，因?yàn)橹袊?guó)客戶在過(guò)去十年中一直在芯片制造能力方面投入巨資，并得到中國(guó)政府的大力補(bǔ)貼。

對(duì)于許多芯片工具制造商來(lái)說(shuō)，中國(guó)已經(jīng)成為非尖端工具的一個(gè)非常重要的市場(chǎng)。如果荷蘭實(shí)施不僅限制最尖端工具，而且限制第二代最尖端工具的出口管制類型，這將是一次代價(jià)高昂的停止。對(duì)于領(lǐng)先的工具制造商而言，成本將達(dá)到數(shù)十億美元。

你描述的是針對(duì)中國(guó)不斷升級(jí)的制裁制度，包括芯片制造、美國(guó)公司向中國(guó)公司的技術(shù)轉(zhuǎn)讓以及其他國(guó)際公司向中國(guó)公司的技術(shù)轉(zhuǎn)讓。這就是全部嗎？那是一種策略嗎？還是說(shuō)，現(xiàn)在拜登政府因?yàn)橐咔椴乓庾R(shí)到芯片短缺？所有這些舉措是否具有連貫性，還是只是被動(dòng)的？

不，我認(rèn)為確實(shí)有一個(gè)連貫的戰(zhàn)略，我會(huì)把現(xiàn)在發(fā)生的事情與特朗普的關(guān)稅貿(mào)易戰(zhàn)區(qū)分開來(lái)。這實(shí)際上是一個(gè)單獨(dú)的軌道。我還將其與半導(dǎo)體短缺區(qū)分開來(lái)。短缺與哪個(gè)國(guó)家有能力生產(chǎn)最先進(jìn)的芯片無(wú)關(guān)。在過(guò)去七年左右的時(shí)間里，你在國(guó)家安全官僚機(jī)構(gòu)、國(guó)家安全委員會(huì)和情報(bào)機(jī)構(gòu)內(nèi)部發(fā)現(xiàn)，人們?cè)絹?lái)越擔(dān)心中國(guó)在芯片制造能力方面取得真正的進(jìn)步，就像它變得越來(lái)越清晰和更清楚的是，先進(jìn)的芯片功能，尤其是進(jìn)入數(shù)據(jù)中心的芯片類型，對(duì)于訓(xùn)練下一代人工智能系統(tǒng)至關(guān)重要。

從奧巴馬政府后期到現(xiàn)在，包括特朗普政府在內(nèi)，在限制中國(guó)獲得先進(jìn)芯片技術(shù)方面的政策上已經(jīng)存在相當(dāng)程度的連貫性。不僅美國(guó)做過(guò)，日本、韓國(guó)也做過(guò)。在先進(jìn)半導(dǎo)體方面，許多不同的國(guó)家已采取措施實(shí)施新的投資篩選機(jī)制或限制向中國(guó)轉(zhuǎn)讓技術(shù)或知識(shí)。

中國(guó)是否有能力自己趕上，或者它真的需要技術(shù)轉(zhuǎn)讓，否則會(huì)賣給他們的設(shè)備嗎？

嗯，這是個(gè)大問(wèn)題。如果中國(guó)不能靠自己趕上，美國(guó)的戰(zhàn)略就會(huì)成功。美國(guó)打賭答案是中國(guó)趕不上，或者至少短期內(nèi)趕不上。但圍繞這一點(diǎn)存在一些不確定性。很難預(yù)測(cè)中國(guó)是否會(huì)想辦法在國(guó)內(nèi)生產(chǎn)一些必要的技術(shù)，或者他們是否會(huì)想辦法分裂西方聯(lián)盟并從不愿效仿美國(guó)出口管制的國(guó)家那里獲得一些技術(shù)。

我最好的猜測(cè)是，美國(guó)和日本很明顯將要實(shí)施的控制在未來(lái)幾年內(nèi)對(duì)中國(guó)來(lái)說(shuō)確實(shí)是個(gè)問(wèn)題，而且在未來(lái) 10 年左右的時(shí)間里，在制造先進(jìn)半導(dǎo)體方面可能會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題。參與這些控制的國(guó)家越多，這就是荷蘭如此重要的原因。

我們?cè)趺磿?huì)最終陷入這樣的境地，即我們必須控制一家荷蘭公司以確保中國(guó)不會(huì)獲得這些能力？同樣，在功能性市場(chǎng)中，尤其是對(duì)于像芯片這樣對(duì)一切都非常重要的東西，會(huì)有多家公司采用多種不同的方法來(lái)制造現(xiàn)代芯片需要在我們運(yùn)營(yíng)的工藝節(jié)點(diǎn)上制造的規(guī)模的芯片現(xiàn)在。相反，只有一個(gè)，它在荷蘭。那是怎么發(fā)生的？

好吧，在過(guò)去的幾年里，整個(gè)芯片行業(yè)都出現(xiàn)了真正的集中趨勢(shì)，在許多情況下只有少數(shù)幾家公司，在某些情況下只有一家公司能夠生產(chǎn)這類軟件和機(jī)器涉及。有兩個(gè)原因。一是芯片制造過(guò)程的許多部分都是資本密集型的。制造這種機(jī)器非常昂貴。這確實(shí)會(huì)抑制競(jìng)爭(zhēng)，因?yàn)樾逻M(jìn)入者必須花費(fèi)數(shù)十億美元才能看到他們的產(chǎn)品是否有效。

第二個(gè)原因是，生產(chǎn)這些類型的工具所需的知識(shí)和專業(yè)知識(shí)類型是你無(wú)法抽象研究的。必須在制造過(guò)程中磨練它。沒有多少培訓(xùn)或博士課程可以讓你了解這些系統(tǒng)在實(shí)際制造時(shí)是如何工作的。隨著時(shí)間的推移，必須人工在機(jī)器上調(diào)整它。?

這意味著在公司中使用這些工具的人擁有真正獨(dú)特的知識(shí)，其他人很難獲得。這為這些公司提供了一道真正強(qiáng)大的護(hù)城河，因?yàn)閷?duì)于那些不在這些公司工作的人來(lái)說(shuō)，沒有直接的方法來(lái)發(fā)展必要的知識(shí)。因此，資本密集度加上真正獨(dú)特的知識(shí)使得很難建立任何類型的競(jìng)爭(zhēng)公司。

幾個(gè)月前，我采訪了Pat Gelsinger關(guān)于 EUV 的問(wèn)題，現(xiàn)在他們打算從 ASML 購(gòu)買機(jī)器，放在俄亥俄州，試圖制造下一代芯片。我問(wèn)，“EUV 發(fā)生了什么事？”?他說(shuō)：“我們一直在打賭。當(dāng)我們想我們不需要 EUV。我們將進(jìn)行光刻的高級(jí)四邊形圖案化。我們正在做其他事情來(lái)避免需要 EUV，但這些事情并沒有成功。至少，我們應(yīng)該有一個(gè)關(guān)于 EUV 的并行程序，我們當(dāng)時(shí)有多蠢？”

現(xiàn)在回想起來(lái)，答案是他們愚蠢至極。我認(rèn)為那一刻英特爾真的傻了嗎？

EUV 是一種本應(yīng)在實(shí)際出現(xiàn)前十年就可以投入生產(chǎn)的技術(shù)。開發(fā)過(guò)程一再延誤，數(shù)十億美元的成本超支，在 2000 年代末和 2010 年代初的很長(zhǎng)一段時(shí)間里，它似乎可能會(huì)徹底失敗。直到 2015 年，這是否會(huì)奏效，以及如果奏效，它是否具有遠(yuǎn)程成本競(jìng)爭(zhēng)力，都非常不確定。

在這種不確定的背景下，你可以理解為什么英特爾的一些人想要賭一把在 EUV上，而不是押注他們所謂的四邊形圖案化，這意味著使用現(xiàn)有的眾所周知的***，并進(jìn)行更多的光刻運(yùn)行來(lái)雕刻更精密的電路。這顯然比減少光刻的運(yùn)行成本更高，因?yàn)槟阌懈嗟牟襟E，但每個(gè)人都知道機(jī)器是有效的。?

嘗試這樣做在某些方面是低風(fēng)險(xiǎn)的選擇。但事后看來(lái)，它沒有用。這是一個(gè)糟糕的賭注，但你可以理解他們?yōu)槭裁聪逻@個(gè)賭注。把一些責(zé)任歸咎于工程師，我認(rèn)為有太多的風(fēng)險(xiǎn)規(guī)避和不愿意，正如 Gelsinger 所說(shuō)，為研發(fā)準(zhǔn)備多種途徑，看看哪一種有效。可能有一點(diǎn)成本削減在當(dāng)時(shí)看來(lái)在有效地使用資源方面是明智的，但事后看來(lái)這對(duì)英特爾來(lái)說(shuō)是一個(gè)巨大的成本，因?yàn)楫?dāng)四邊形圖案被證明效率低下并且在某些情況下完全無(wú)能為力時(shí)，它生產(chǎn)不出英特爾所需的精度。

這就是為什么英特爾在每個(gè)連續(xù)的工藝節(jié)點(diǎn)上都落后于臺(tái)積電的原因嗎？因?yàn)樗麄兊募夹g(shù)沒有發(fā)揮作用？

這是部分原因。我認(rèn)為這是一個(gè)復(fù)雜的答案，但 EUV 的延遲肯定是一個(gè)重要的部分。

他們?cè)谂_(tái)積電有一個(gè)明顯嵌入 ASML 的強(qiáng)大競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手。它的商業(yè)模式只是制造芯片；它所有的精力都集中在制造芯片上。但是現(xiàn)在英特爾必須加緊努力，成為一家代工廠。他表示，如果 AMD 想在那里制造芯片，他會(huì)在英特爾晶圓廠的一側(cè)貼上 AMD 標(biāo)志，但他必須去 ASML 購(gòu)買 EUV 機(jī)器。他必須學(xué)習(xí)如何制造 ARM 芯片，同時(shí)開發(fā)下一代英特爾自己的 x86 芯片。那可能嗎？這看起來(lái)是不是我們對(duì)這家公司施加了太大的壓力？

好吧，我認(rèn)為毫無(wú)疑問(wèn)他的工作很有挑戰(zhàn)性。如果有人能做到，他也能做到。

Pat Gelsinger不缺乏信心。

好吧，我認(rèn)為毫無(wú)疑問(wèn)他已經(jīng)扭轉(zhuǎn)了英特爾的文化，但我認(rèn)為你概述英特爾在工藝技術(shù)制造方面、設(shè)計(jì)方面和商業(yè)模式方面面臨的挑戰(zhàn)是正確的創(chuàng)建這個(gè)新的代工業(yè)務(wù)，這會(huì)很難。?

我認(rèn)為同時(shí)應(yīng)對(duì)這三個(gè)挑戰(zhàn)中的每一個(gè)是他唯一的選擇，因?yàn)橛⑻貭柋仨殤?yīng)對(duì)所有這些挑戰(zhàn)。但你說(shuō)得對(duì)，這是擺在他面前的一項(xiàng)艱巨任務(wù)。我認(rèn)為對(duì)美國(guó)來(lái)說(shuō)，很大程度上取決于英特爾是否成功。

之所以特意問(wèn)英特爾，是因?yàn)樗俏ㄒ坏倪x擇。沒有另一家大規(guī)模的美國(guó)芯片生產(chǎn)商與之媲美。英特爾就是我們所擁有的唯一賭注，如果他們更成功，那么國(guó)家安全對(duì)話、供應(yīng)鏈對(duì)話和出口管制對(duì)話可能會(huì)大不相同。但由于英特爾正處于這個(gè)非常戲劇性的轉(zhuǎn)型時(shí)刻，它對(duì)我們與中國(guó)打交道的方式產(chǎn)生了下游影響。

我認(rèn)為這是對(duì)的。我想到生產(chǎn)處理器芯片的三大領(lǐng)先公司，英特爾是自然會(huì)在美國(guó)投資的公司，因?yàn)樗诿绹?guó)本土。不過(guò)，我認(rèn)為還值得注意的是，英特爾在美國(guó)沒有現(xiàn)成的代工業(yè)務(wù)。就在美國(guó)建立代工能力而言，我們的起點(diǎn)非常低。三星和 GlobalFoundries 都有設(shè)施，雖然不是最前沿的設(shè)施。

但就建立規(guī)模和代工廠而言，每個(gè)人都從一個(gè)非?；镜钠瘘c(diǎn)開始。在某些方面，這就是為什么美國(guó)最終可能不會(huì)只押注于一家公司，而是押注于所有這三家公司——英特爾、臺(tái)積電和三星——試圖讓它們都在美國(guó)投資更多，然后看看誰(shuí)能夠在美國(guó)開發(fā)最大的設(shè)施、最實(shí)用的商業(yè)模式，誰(shuí)會(huì)贏得比賽。

這是一種非常美國(guó)式的做法，對(duì)吧？就像，“我們將補(bǔ)貼市場(chǎng)的創(chuàng)造，然后誰(shuí)贏了，誰(shuí)就贏了。”難道不會(huì)覺得以某人贏得比賽而告終，然后在美國(guó)又出現(xiàn)了另一種奇怪的壟斷嗎？有沒有想過(guò)，“實(shí)際上，你需要的是供應(yīng)鏈各個(gè)層面的多元化”？

好吧，挑戰(zhàn)在于多元化非常昂貴。如果你想為你不會(huì)在芯片行業(yè)使用的額外容量付費(fèi)，你將花費(fèi)大量資金。僅僅一個(gè)新的尖端芯片制造設(shè)施就花費(fèi) 20 到 250 億美元，而且它的尖端技術(shù)只用了幾年。我不認(rèn)為美國(guó)真的有很大的興趣承擔(dān)建立過(guò)剩產(chǎn)能所需的巨額資本支出。

在我們幫助他們?cè)诿绹?guó)開展代工業(yè)務(wù)后，我們需要那些將擁有實(shí)用商業(yè)模式的公司。這就是為什么我認(rèn)為押注多家公司并看看哪些公司能夠做到這一點(diǎn)確實(shí)有意義。

我認(rèn)為我們不一定會(huì)以一家公司獲勝而其他公司失敗而告終。很可能我們最終會(huì)在美國(guó)擁有多家具有商業(yè)可行性的代工廠，這將是一個(gè)很好的結(jié)果。沒有必要說(shuō)明為什么這個(gè)特定市場(chǎng)必須以一家占主導(dǎo)地位的公司而其他公司遠(yuǎn)遠(yuǎn)落在后面。

有沒有考慮到代工玩家之外的投資？“我們應(yīng)該資助 ASML 的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手，”或者，“我們應(yīng)該尋找超越 EUV 的下一項(xiàng)技術(shù)，并讓政府補(bǔ)貼它，以便我們可以使該層多樣化”？拜登總統(tǒng)總是強(qiáng)調(diào)一件事“請(qǐng)不要把這臺(tái)機(jī)器賣給中國(guó)。”

好吧，當(dāng)談到“我們應(yīng)該有 ASML 和 Advanced Lithography 的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手嗎？”我認(rèn)為答案是那里的成本效益并沒有發(fā)揮作用。我們很可能讓荷蘭實(shí)施與美國(guó)控制非常相似的控制。在接下來(lái)的幾個(gè)月里，我認(rèn)為我們會(huì)看到這些結(jié)果。?

荷蘭的供應(yīng)風(fēng)險(xiǎn)不大；沒有人擔(dān)心荷蘭不向美國(guó)公司發(fā)貨。建立一家替代光刻公司的成本將非常昂貴，因?yàn)?ASML 再次擁有他們 30 多年來(lái)積累的獨(dú)特能力。復(fù)制它或建立競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手將非常困難。所以我認(rèn)為我們的生產(chǎn)和研發(fā)資金最好花在其他地方。

但是當(dāng)你談?wù)撓乱淮饪毯拖乱淮ぞ邥r(shí)，那是一個(gè)投資的好地方。如果你看看商務(wù)部計(jì)劃使用 CHIPS 法案資金的方式，你會(huì)發(fā)現(xiàn)四分之三的資金將用于激勵(lì)更多的制造業(yè)，另外 25% 將用于資助研發(fā)。其中一部分將用于下一代工具，包括可能在五年或十年內(nèi)需要的下一代光刻系統(tǒng)。

那些下一代光刻系統(tǒng)是什么？

好吧，ASML 本身正在計(jì)劃再開發(fā)兩代 EUV 工具?，F(xiàn)在他們有基本的 EUV。

等等，你描述的錫球掉落，被激光擊中，產(chǎn)生比太陽(yáng)還熱的等離子體，這就是基本的 EUV？

這是基本的，是的。下一代將被稱為高數(shù)值孔徑 EUV，它將擁有更精密的光學(xué)器件，讓你可以雕刻出更精確的芯片。這些機(jī)器應(yīng)該在三年左右的時(shí)間內(nèi)上市。它們的成本將是基本 EUV 工具的兩倍。

除此之外，ASML 稱之為超數(shù)值孔徑的研發(fā)正在進(jìn)行中，因此更具體的光學(xué)器件，尚不清楚它是否會(huì)起作用。距生產(chǎn)還有 10 年的時(shí)間，但這正是研發(fā)已經(jīng)在進(jìn)行的地方，如果我們要在越來(lái)越復(fù)雜的芯片上制造越來(lái)越小的晶體管，這就是我們所需要的。

書中有一章是關(guān)于越來(lái)越小的晶體管的。摩爾定律的概念是芯片行業(yè)每年將芯片上的晶體管密度增加一倍。我們已經(jīng)在談?wù)摫仨毻ㄟ^(guò)世界上最平坦的鏡子向錫球發(fā)射激光，然后構(gòu)建超特定光學(xué)器件以使其更小。有限制嗎？?“摩爾定律有限制嗎？”?任何人都可以在過(guò)去 40 年的任何時(shí)候說(shuō)出這句話并被證明是傻瓜，但我們現(xiàn)在談?wù)摰氖窃訉用妗Ｐ酒袠I(yè)是否存在限制，“我們不會(huì)超越單個(gè)原子的水平”？

在某些時(shí)候，答案是肯定的，但我們還不是在談?wù)搯蝹€(gè)原子。我們談?wù)摰氖窃趩蝹€(gè)原子中測(cè)量的材料層，但晶體管本身有很多原子，即使在目前的微觀尺度上也是如此。我認(rèn)為在臺(tái)積電和英特爾等公司的現(xiàn)有計(jì)劃中，我們有一個(gè)非常清晰的視線——至少到 2030 年左右——他們將如何繼續(xù)縮小晶體管，將它們堆疊在一起，并使用更多的技巧讓更多的人在籌碼上。2030 年以后就更難說(shuō)了?？偸呛茈y展望未來(lái)，所以我不知道那有多大意義。

歷史告訴我們，正確的預(yù)測(cè)是他們會(huì)解決問(wèn)題。我的意思是，這就是為什么它被稱為摩爾定律。我在這種情況下問(wèn)的原因是因?yàn)槲覀冋谡務(wù)搶⑾冗M(jìn)的芯片制造設(shè)備限制在中國(guó)，我們正在談?wù)撓乱淮?GPU 或其他 AI 加速芯片。即使在所有這些方面受到限制，中國(guó)是否也不可避免地會(huì)迎頭趕上？我們只是在爭(zhēng)取時(shí)間，還是真的在創(chuàng)造持久的持續(xù)優(yōu)勢(shì)？

好吧，我認(rèn)為中國(guó)在某個(gè)時(shí)候趕上目前的現(xiàn)狀是不可避免的。我不知道是在 2027 年還是 2035 年。它不會(huì)在 2024 年出現(xiàn)，而是多年以后。中國(guó)會(huì)趕上前沿嗎？我也不確定這個(gè)問(wèn)題的答案。

即使摩爾定律失效了，也會(huì)趕上對(duì)嗎？

好吧，這取決于我們說(shuō)“摩爾定律失效”時(shí)的意思。在某些時(shí)候，進(jìn)一步縮小晶體管是不可能的，但這并不一定意味著你可以從單個(gè)芯片中獲得的計(jì)算能力必然會(huì)停止。你可以用不同的方式封裝它們，你可以讓內(nèi)存更接近處理能力，你可以改進(jìn)你的互連，你可以把光子學(xué)放在芯片上。有許多不同的技術(shù)在許多情況下還處于起步階段，它們正在創(chuàng)造新的方法來(lái)從芯片中獲得更多的計(jì)算能力，而所有這些都需要?jiǎng)?chuàng)造性的設(shè)計(jì)和真正精確的機(jī)床來(lái)制造。

即使你告訴我晶體管在 2030 年后不會(huì)縮小一納米，我仍然會(huì)說(shuō)，在整個(gè) 2030 年代及以后，我們將從一平方英寸的硅井中獲得更多的計(jì)算能力其他技術(shù)。因此，如果你對(duì)摩爾定律采取這種最廣泛的觀點(diǎn)，并說(shuō)出你可以做的所有不同的事情來(lái)調(diào)整芯片以從中獲得更多收益，我認(rèn)為就我們可以做的事情而言，還有很長(zhǎng)的跑道可以遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò) 2040 年做以產(chǎn)生更多的計(jì)算能力。出于這個(gè)原因，我非常懷疑我們會(huì)碰壁的論點(diǎn)。

當(dāng)我想到在推動(dòng)特定芯片的計(jì)算能力向前發(fā)展方面做得最好的三家公司時(shí)，它們是蘋果、英偉達(dá)，在某種程度上是 AMD——所以可能是三家半公司——還有臺(tái)積電，它是那里的兩家半公司的制造商。Apple 非常擅長(zhǎng)打包，非常擅長(zhǎng)為自己的硬件優(yōu)化軟件，并且非常擅長(zhǎng)突破 ARM 的極限。英偉達(dá)顯然是 GPU 領(lǐng)域的領(lǐng)導(dǎo)者。AMD 并沒有超越一般的英特爾芯片，而是做得更好，因?yàn)樗麄兝门_(tái)積電的制造能力來(lái)提高電池壽命與性能的比率。?

我看著三家半的公司，我想，“好吧，他們依賴的是臺(tái)積電。”?如果臺(tái)積電不能推動(dòng)制造，他們制造和設(shè)計(jì)更好的芯片的技術(shù)實(shí)際上將成為泡影，對(duì)吧？他們完全依賴于臺(tái)積電，而臺(tái)積電又完全依賴于 ASML。這種關(guān)系是什么樣的？蒂姆庫(kù)克早上醒來(lái)是否擔(dān)心荷蘭對(duì) ASML 出口的限制？或者他是臺(tái)積電的客戶？或者這只是一個(gè) API，他下訂單，籌碼就出來(lái)了？

我想臺(tái)積電的大多數(shù)客戶已經(jīng)習(xí)慣了這樣一個(gè)事實(shí)，即臺(tái)積電在管理自己的供應(yīng)鏈和確保問(wèn)題在實(shí)際發(fā)生之前得到解決方面有著非凡的記錄?？蛻粝矚g與臺(tái)積電合作的原因之一是他們不必在早上醒來(lái)時(shí)擔(dān)心臺(tái)積電生產(chǎn)的上游會(huì)發(fā)生什么。?

由于這些限制，人們是否比以往任何時(shí)候都更多地考慮上游供應(yīng)鏈？絕對(duì)地。但如果你是蘋果或英偉達(dá)，它們并不真正適用于你，因?yàn)榕_(tái)積電生產(chǎn)所依賴的所有輸入都是在美國(guó)、歐洲或日本生產(chǎn)的。這些國(guó)家不可能很快控制他們轉(zhuǎn)移到臺(tái)灣地區(qū)，所以你實(shí)際上在上游方面非常安全。但是你的下游——通常在中國(guó)進(jìn)行的芯片組裝和最終產(chǎn)品的組裝，這有風(fēng)險(xiǎn)。

我們是如何走到世界上最重要的芯片工廠都在臺(tái)灣地區(qū)的地步的？我們?nèi)绾谓Y(jié)束臺(tái)積電時(shí)代？

臺(tái)積電于 1987 年誕生，這要?dú)w功于公司創(chuàng)始人張忠謀。實(shí)際上，他的職業(yè)生涯是在德州儀器 (TI) 度過(guò)的，在此之前他一生的大部分時(shí)間都住在德克薩斯州。他是那個(gè)有遠(yuǎn)見的人，想創(chuàng)建一個(gè)代工企業(yè)，不設(shè)計(jì)任何芯片，只制造它們，這在當(dāng)時(shí)似乎是一個(gè)瘋狂的概念，因?yàn)闆]有無(wú)晶圓廠芯片設(shè)計(jì)公司。他剛開始的時(shí)候沒有客戶，但他開始說(shuō)服公司，他會(huì)為他們做所有的制造工作，并承擔(dān)所有的生產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)；他們所要做的就是給他芯片設(shè)計(jì)，他會(huì)返回功能芯片。

該模型被證明非常成功，因?yàn)樗屌_(tái)積電通過(guò)服務(wù)許多不同的客戶來(lái)擴(kuò)大規(guī)模。這種規(guī)模反過(guò)來(lái)又讓臺(tái)積電磨練了它的生產(chǎn)流程，因?yàn)樗麄兩a(chǎn)的芯片越多，他們從實(shí)際制造每個(gè)芯片的過(guò)程中學(xué)到的東西就越多。臺(tái)積電既是全球最大的芯片制造商，又是全球最先進(jìn)的芯片制造商，這兩者之間有著直接的關(guān)系，而這兩者都源于張忠謀發(fā)明的代工模式。

在我們開始錄制之前，你告訴我們，張忠謀是整本書中你最喜歡的角色。書中有一句話你說(shuō)他可以說(shuō)是德州人而不是中國(guó)臺(tái)灣人。為什么他是你最喜歡的角色？

好吧，我認(rèn)為他是過(guò)去 100 年來(lái)最被低估的商人。大多數(shù)人從未聽說(shuō)過(guò)他，盡管我們每天都依賴他的公司生產(chǎn)的產(chǎn)品。我認(rèn)為他的一生是整個(gè)芯片行業(yè)迷人的縮影。他出生在中國(guó)大陸，革命后移居美國(guó)，就讀于哈佛大學(xué)，是班上唯一的美籍華人學(xué)生，然后在德州儀器的生產(chǎn)線上親手打造芯片行業(yè)，然后創(chuàng)立臺(tái)積電。

在過(guò)去的 75 年里，芯片行業(yè)和計(jì)算技術(shù)的所有重大轉(zhuǎn)變都是他不僅舉例說(shuō)明的轉(zhuǎn)變，而且還讓它們發(fā)生了。我們都非常感謝張忠謀，我希望更多的人聽說(shuō)過(guò)他，因?yàn)槲艺J(rèn)為他的重要性真的被低估了。

我認(rèn)為臺(tái)積電被嚴(yán)重低估了。這是一家非常不透明的公司。他們?yōu)樽约焊械椒浅Ｗ院溃宜麄兎浅２煌该?/strong>，很難知道它們是如何工作的。你對(duì)臺(tái)積電的感覺是什么？我的意思是，張忠謀已經(jīng)不在位了。臺(tái)積電文化如何延續(xù)？它的新領(lǐng)導(dǎo)人是什么樣的？