为何被阿斯麦、台积电反超? 美媒揭秘美国芯片的“史诗级失误”

为何被阿斯麦、台积电反超? 美媒揭秘美国芯片的“史诗级失误” 阿斯麦的High-NA EUV光刻机凤凰网科技讯 这是一个史诗级的战略失误。美国在半导体技术发展的早期发挥了至关重要的作用,这项技术已成为当今人工智能(AI)革命的基石。然而,现在的格局是,一家荷兰公司垄断了半导体制造设备,亚洲制造商主导了生产。极紫外光刻机(EUV)可以说是目前世界上最重要的电子设备。它的问世造就了后来的尖端芯片制造,实现了芯片处理能力的重大提升,为新一代AI工具铺平了道路。OpenAI旗下ChatGPT、GoogleGemini等AI平台执行的大量多层次计算,加快了通常由人类完成的大量任务。EUV技术的获取也成为了美国的国家经济安全问题。不过,麻烦的是,只有一家公司在生产EUV光刻机:荷兰的阿斯麦。每台EUV光刻机有一辆公共汽车那么大,造价超过2亿美元。迄今为止,阿斯麦已售出200多台EUV光刻机,这让它成为了欧洲最有价值的科技股,市值超过3500亿美元。英特尔市值已远远落后于台积电、英伟达那么,美国是如何拱手让出这一关键技术的控制权的呢?其中部分原因是,只有相对较少的芯片行业高管认为EUV可行。另一个原因是:美国当时的长期芯片霸主、全球最大芯片制造商英特尔的误判。美国的先发优势硅芯片由晶体管组成,后者本质上是一系列栅极和开关,构成了现代计算中0和1的物理表现。为了使计算机更强大,半导体工程师们一直在寻求把晶体管做得更小。上个世纪中叶发明的第一批晶体管大约有一厘米长。而现在,它们只有几纳米宽,或者说十亿分之几米。在芯片制造的最初几十年里,可见光被用来在硅上刻蚀图案来制造晶体管,这一过程被称为光刻。随后,行业才转向紫外光。20世纪80年代,科学家们开始想知道芯片制造如何才能达到接近原子的尺度水平,这要求他们保持创新的步伐。总部位于新泽西州的贝尔实验室的研究人员开始研究极紫外线技术,紧随其后的是美国能源部的三个国家实验室:劳伦斯利弗莫尔实验室、劳伦斯伯克利实验室和桑迪亚实验室。美国能源部最终为这项研究投入了数千万美元。英特尔随着这些实验室在一些技术要素上取得进展,他们意识到,要将极紫外线技术推向市场,行业支持是必不可少的。1997年,一家名为EUV LLC的公私合营公司成立,它得到了美国公司英特尔、AMD和摩托罗拉的支持。最终,它的规模进一步扩大,纳入了光刻公司硅谷集团和阿斯麦。阿斯麦也加入了欧洲的一个类似EUV研究联盟。当时,日本的尼康、佳能是光刻领域的巨头。日本似乎是美国主导芯片制造领域的最大威胁。因此,美国不愿在下一代技术竞赛中帮助日本,而是支持硅谷集团和阿斯麦。阿斯麦将全部精力都放在了EUV技术上,并在接下来几年里试图发挥其潜能。2001年,阿斯麦斥资11亿美元收购了硅谷集团 ,从而在EUV竞争中独当一面。当时,它预计EUV技术将在2006年具有商业可行性。技术挑战但是,事实证明,阿斯麦的预期过于乐观了。EUV技术非常复杂,其中涉及用高功率激光以每秒5万次的速度轰击锡滴,使其产生能够发射极紫外光的等离子体。由于极紫外光在地球上不会自然产生,它会被空气吸收,这个过程必须在真空中进行。然后,光被一系列镜子聚焦,反射在一个掩膜版(reticle)上。掩膜版上面刻有电路图案,能阻挡并吸收一些光。通过这种方式,电路图案被刻蚀在晶圆上。掩膜版的作用鉴于这些设备的操作精度,由德国蔡司公司制造的镜子必须要光滑得近乎不可思议:最大凸起只有一个原子那么高。阿斯麦表示,如果将镜子比做一个国家,那么最高的凸起将只有1毫米高。而且,用激光轰击熔锡也很棘手。它需要定期清理,这意味着有很多停机时间。这让人很难想象光刻机是如何做到经济实惠的:半导体制造工厂几乎需要每周7天、每天24小时不停地运转,才能证明数十亿美元的建造成本是合理的。直到2012年,半导体产业才开始认为这项技术可能是可行的。但是,它仍然需要注入大量资金。于是,阿斯麦求助其最大客户:台积电投资了14亿美元,三星电子投资了9.74亿美元,英特尔投资高达41亿美元。当时,这三家芯片制造商总共持有阿斯麦约四分之一的股票。误判的代价这一招奏效了。2018年,阿斯麦开始大量出货EUV光刻机。尽管EUV技术的大部分早期工作都是在美国完成的,而且英特尔是阿斯麦的最大业内支持者,但第一代机器没有一台是交付给英特尔的。这并不是阿斯麦有意为之,而是英特尔的选择。英特尔时任CEO科再奇(Brian Krzanich)当时并不相信这项技术能够达到在经济上可行的规模。他继续押宝已有技术,直到他所看到的EUV问题得到解决。当时,他也有理由感到自信:英特尔在尖端芯片制造工艺方面一直领先于同行。事实证明,这是一个误判。台积电使用EUV工艺的在2018年左右首次在技术上超过英特尔。台积电做的是所谓的代工业务:苹果、英伟达和AMD等客户设计自己的芯片,然后委托给台积电制造。英特尔制造工艺被台积电甩开与此同时,英特尔替代EUV的“多图案”芯片光刻技术无法可靠地工作。当英特尔将工艺微调到可以大规模生产时,台积电和三星已经在生产更先进的半导体了。技术上的落后对美国产生了更深层次的影响,因为台积电还向华为等中国公司供货。从2019年开始,EUV技术制造的芯片被搭载在华为智能手机上。这么一来,一项部分由美国资本资助、部分基础研究在美国实验室进行的技术,似乎可能会让它的对手受益。于是,美国开始施压荷兰政府,阻止阿斯麦向中国出售EUV光刻机。亡羊补牢现在,英特尔仍在为当初的误判而痛苦。帕特·基辛格(Pat Gelsinger)在2021年接任英特尔CEO,他在今年4月表示:“我们当初采取了很多措施来避免对EUV的需求,但正如你所看到的,这导致我们在功率、性能、面积和成本方面落后了。”股市表现也说明了这个错误的严重程度。早在2012年投资阿斯麦时,英特尔的市值是英伟达的15倍,几乎是台积电的两倍。现在,它的市值已无法和这两家公司相提并论:英特尔现在的市值为1640亿美元,而台积电的市值达到了6500亿美元,英伟达的市值更是冲到了2.2万亿美元。这在很大程度上是因为英特尔没有采用EUV技术。如今,基辛格正急于确保自己不会重蹈前任的覆辙。英特尔正在大力支持下一代EUV技术:高数值孔径(High NA),这种技术使用新的光学系统将光线聚焦到一个更小的点。英特尔已经在俄勒冈州的一个工厂安装了第一个预生产模型。 ... PC版: 手机版:

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台积电宣布“A16”芯片制造技术 将于2026年底开始投产 分析师告诉路透社,周三公布的技术可能会让人质疑英特尔 2 月份的说法,即它将利用英特尔称为 "14A"的新技术超越台积电,制造出全球最快的计算芯片。台积电业务发展高级副总裁张晓强(Kevin Zhang)告诉记者,由于人工智能芯片公司的需求,该公司开发新的 A16 芯片制造工艺的速度比预期的要快,但他没有透露具体客户的名字。张说,台积电认为它不需要使用 ASML 的新型 "高 NA EUV "光刻工具机来制造 A16 芯片。英特尔上周透露,它计划率先使用这种每台耗资3.73亿美元的设备来开发14A芯片。台积电还披露了一项从芯片背面为计算机芯片供电的新技术,该技术有助于加快人工智能芯片的速度,并将于 2026 年推出。英特尔公司也宣布了一项类似的技术,旨在成为其主要竞争优势之一。分析师们说,这些公告让人对英特尔将重新夺回世界芯片制造桂冠的说法产生怀疑。分析公司 TechInsights 的副主席 Dan Hutcheson 在谈到英特尔时说:"这是值得商榷的,但在某些指标上,我不认为他们领先。"但 TIRIAS Research 的负责人凯文-克鲁威尔(Kevin Krewell)警告说,英特尔和台积电的技术距离交付仍有数年之遥,需要证明真正的芯片与他们的主题演讲相匹配。 ... PC版: 手机版:

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台积电押注EUV 继续领跑芯片制造 访问:NordVPN 立减 75% + 外加 3 个月时长 另有NordPass密码管理器 当台积电于 2019 年开始在其 N7+ 工艺(用于华为海思)上使用 EUV 光刻制造芯片时,它占据了全球 EUV 工具安装基数的 42%,即使 ASML 在 2020 年增加了 EUV 光刻机的出货量,台积电的 EUV 份额安装量实际上增加到了 50%。到 2024 年,台积电的 EUV 光刻系统数量将比 2019 年增加 10 倍,尽管三星和英特尔都在提高自己的 EUV 产量,但台积电目前仍占全球 EUV 安装基数的 56%。可以说,台积电很早就决定大力进军 EUV,因此他们今天仍然拥有 EUV 光刻机的最大份额。值得注意的是,台积电的EUV晶圆产量增幅更大;台积电目前生产的 EUV 晶圆数量是 2019 年的 30 倍。与工具数量仅增加 10 倍相比,台积电产量增长了 30 倍,凸显了台积电如何能够提高 EUV 生产力、减少服务时间和减少工具停机时间全面的。显然,这一切都是通过公司内部开发的创新技术实现的。台积电表示,自 2019 年以来,其 EUV 系统的日晶圆产能已提高两倍。为此,该公司优化了 EUV 曝光剂量及其使用的光刻胶。此外,台积电大幅改进了 EUV 光罩的薄膜,使其寿命提高了四倍(即增加了正常运行时间),将每个薄膜的产量提高了 4.5 倍,并将缺陷率大幅降低了 80 倍(即提高了生产率并增加了正常运行时间)。出于显而易见的原因,台积电没有透露它是如何如此显着地改进其薄膜技术的,但也许随着时间的推移,该公司的工程师将与学术界分享这一点。EUV 光刻系统也因其功耗而臭名昭著。因此,除了提高 EUV 工具的生产效率外,该公司还通过未公开的“创新节能技术”,将 EUV 光刻机的功耗降低了 24%。该公司还没有就此结束:他们计划到 2030 年将每个 EUV 工具每个晶圆的能源效率提高 1.5 倍。考虑到台积电目前已通过低数值孔径 EUV 光刻技术实现的所有改进,该公司对未来能够继续生产尖端芯片充满信心也就不足为奇了。尽管竞争对手英特尔已在其未来的 18A 以下节点中全力采用高数值孔径 EUV,但台积电正在寻求利用其高度优化且经过时间考验的低数值孔径 EUV 工具,以避免主要技术的潜在陷阱如此快的过渡,同时还获得了使用成熟工具的成本效益。 ... PC版: 手机版:

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阿斯麦新光刻机初次点亮 “双层巴士”即将开赴生产前线

阿斯麦新光刻机初次点亮 “双层巴士”即将开赴生产前线 光刻系统使用聚焦光束来绘制计算机芯片的微小电路,而阿斯麦的高数值孔径EUV工具预计将帮助生产新一代更小、更快的芯片。据悉,第一个高数值孔径光刻机将座落于荷兰Veldhoven的阿斯麦尔实验室,第二个光刻机则正在美国俄勒冈州希尔斯伯勒附近的英特尔工厂组装。英特尔技术开发主管Ann Kelleher周二曾在一次活动中率先透露了这一设备的最先进展,称已经看到晶圆上雕刻图案的第一道光。英特尔此前还指出,该公司计划在其14A代芯片的生产中使用该生产设施。而包括台积电和三星电子在内的全球顶尖半导体制造商则预计在未来五年内部署该设备。高数值孔径EUV光刻机是打造下一代尖端芯片的关键技术之一,其不仅帮助节省芯片的能耗,还将进一步提高芯片的性能。阿斯麦的高数值孔径EUV光刻机代表了公司技术的巅峰,每台设备重达150吨,需要250个集装箱运输,运到客户手里后还要再由 250 名工程师花费六个月的时间组装。据悉,新型设备可以将晶体管密度提高至现有水平的2.9倍。而这一技术突破对于人工智能芯片来说至关重要。据阿斯麦此前透露,该公司已经收到包括英特尔及SK海力士在内的公司的订单,预售出10-20台设备,并计划在2028年年产20台,而每个设备的成本超过3.5亿美元。 ... PC版: 手机版:

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美国芯片制造技术本可以遥遥领先 都怪英特尔 极紫外(EUV)光刻机无疑是当前世界上最关键的电子设备。这些机器的出现使得人们能制造出具有突破性处理能力的芯片,为新一代人工智能工具铺设了发展道路。例如,ChatGPT和谷歌Gemini等人工智能平台,其执行的复杂、多层次计算任务大大加速了许多原本需要人工操作的流程。在这种情况下,获取EUV技术对美国和中国来说已成为一个国家经济安全的战略关键。目前全球面临的一大问题是,只有阿斯麦一家公司生产EUV光刻机。这些设备体积庞大,相当于一辆公交车大小,每台的成本超过2亿美元。到目前为止,阿斯麦已经售出了200多台EUV光刻机,其股票成为欧洲市场上最有价值的科技股,总市值超过3500亿美元。那么美国是如何放弃对这一关键技术的控制权的呢?部分原因在于,当年只有少数行业高管认为EUV光刻机技术是可行的。而另一个原因是,长期以来作为全球最大芯片制造商的英特尔公司出现了重大的战略误判。近乎原子尺度硅芯片由晶体管组成,本质上是一系列门和开关,它们构成了现代计算中0和1的物理基础。为了让计算机更为强大,芯片工程师们一直在努力将晶体管做得更小。上世纪中叶发明的第一批晶体管长度约为一厘米,而现在,它们的宽度仅为几纳米,即十亿分之几米。在制造芯片的最初几十年中,人们使用可见光在硅片上刻蚀图案来制造晶体管,这一过程称为光刻。随后,整个行业转向了紫外光技术。到了20世纪80年代,科学家们开始探索如何将芯片制造推进到接近原子规模,以保持技术创新的步伐。总部位于新泽西州的贝尔实验室的研究人员开始研究极紫外线技术,随后美国能源部的三个国家实验室劳伦斯利弗莫尔实验室、劳伦斯伯克利实验室和桑迪亚实验室也加入了研究。美国能源部最终为这项研究投入了数亿美元。芯片制造商的冒险随着这些机构在关键技术环节取得进展,他们意识到要将这种技术推向市场,行业支持是必不可少的。1997年,一家名为EUV LLC的公私合营机构成立,其成员包括美国的英特尔、AMD和摩托罗拉公司。光刻设备制造商硅谷集团(Silicon Valley Group Inc.)以及荷兰的阿斯麦后来也加入了该机构,阿斯麦同时还参与了欧洲一个类似的EUV研究联盟。当时,日本的尼康和佳能是光刻领域的领头羊,被视为美国在芯片制造领域的主要威胁。因此,美国选择不在新一代技术竞争中支持日本,而是转向支持硅谷集团和阿斯麦。阿斯麦全力投入到EUV技术的研发中,并在接下来的几年里深入挖掘其技术潜力。2001年,阿斯麦斥资11亿美元收购了硅谷集团,从而在竞争中取得了优势。当时,阿斯麦预计到2006年EUV技术将具备商业可行性。技术挑战事实证明,这种看法过于乐观。EUV技术极其复杂,它涉及使用高功率激光以每秒五万次的速度轰击锡滴,产生可以发射极紫外光的等离子体。由于这种光在地球自然环境中会被空气吸收,整个过程必须在真空中进行。然后,通过一系列镜子将光线聚焦并反射到掩膜板上。掩膜板可以阻挡和吸收部分光线,从而形成要刻蚀到芯片上的电路图案。考虑到操作规模近乎原子级,由德国蔡司公司制造的镜子必须极其平滑:最大瑕疵也只能高出一个原子。阿斯麦表示,如果将这些镜子比作一个国家的面积,最高的凸起不会超过1毫米。激光轰击熔化锡的过程同样棘手,需定期清理,导致设备频繁停机。这样的设备要经济实惠几乎难以想象,尤其是半导体制造设备需要无休止地运转,每周七天、每天二十四小时,以证明数十亿美元的投资是合理的。直到2012年,业界才开始认为这项技术可能是可行的,尽管仍需巨额投资。因此,阿斯麦转向了其最大的客户:台积电投资了14亿美元,三星电子投资了9.74亿美元,而英特尔承诺最多投资41亿美元。当时,这三家芯片制造商共持有阿斯麦约四分之一的股份。这一策略最终取得了成功。到2018年,阿斯麦开始大规模出货EUV光刻机。尽管早期的绝大多数工作都是在美国完成的,并且英特尔是阿斯麦的最大产业支持者,但首代机器并没有一台交付给英特尔。制程工艺这并非阿斯麦的决定,而是英特尔的选择。当时的英特尔首席执行官布莱恩·科再奇(Brian Krzanich)对这项技术是否能产生经济效益缺乏信心,他决定继续依赖现有技术,直到EUV技术中的问题得到解决。科再奇对此有足够的信心,毕竟在尖端芯片制造工艺方面,英特尔一直处于行业领先地位。然而,这最终证明是一个错误。大约在2018年,使用EUV技术的台积电在技术上首次超越了英特尔。台积电承接芯片代工业务,为苹果、英伟达和AMD等客户进行生产。与此同时,英特尔采用的“多重光刻”替代技术在可靠性方面遇到问题。当英特尔的工艺调整至能够量产芯片时,台积电和三星已经开始生产更先进的芯片。英特尔仍在为自己的误判付出代价。2021年接任英特尔首席执行官的帕特·盖尔辛格(Pat Gelsinger)在今年四月份表示:“我们采取了多种措施来避免对EUV光刻机的依赖,但正如你所见,这导致我们在芯片的功率、性能、尺寸和成本方面都存在不足。”股市也反映了这一错误的严重性。早在2012年投资阿斯麦时,英特尔的市值是英伟达的15倍,几乎是台积电的两倍。而现在,英特尔的市值仅是这两家公司的一小部分:英特尔市值为1640亿美元,台积电市值为6500亿美元,英伟达市值达到2.2万亿美元。这在很大程度上是因为英特尔未能掌握EUV技术。盖尔辛格急于确保自己不会重蹈覆辙。英特尔正在大力投资于新一代EUV技术:高数值孔径技术。这种方法采用新光学系统将光线聚焦至更小点上,英特尔已在俄勒冈州安装第一台预生产模型。 ... PC版: 手机版:

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阿斯麦台积电能远程关闭EUV?国科会吴诚文:技术上可行

阿斯麦台积电能远程关闭EUV?国科会吴诚文:技术上可行 彭博社报道,据数名知情人士透露,若台湾被入侵,荷兰半导体生产设备制造商阿斯麦及台积电有方法让台积电最先进的芯片制造设备“极紫外光刻机”(EUV)停止运行。立法院教育及文化委员会邀请国科会主委吴诚文列席报告业务概况并接受质询,国民党立委叶元之提问外媒报导是否属实,是否可远端关闭EUV。吴诚文回应说,以现在的半导体产业智能制造技术,“可以做得到,技术上是可以的”。 (台湾)、

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