20210705-紐約時報：技術冷戰中，中國得不到的「最複雜機器」

紐約時報：技術冷戰中，中國得不到的「最複雜機器」

DON CLARK

2021年7月5日

荷蘭公司阿斯麥爾製造的機器生產計算機晶片上使用的更精密的電路。圖中工廠位於紐約州奧爾巴尼的IBM設施中。

舊金山——電腦晶片和中國在基礎技術上的野心如今是讓拜登總統和多位華盛頓立法者倍感憂心的事。

然而，一家荷蘭公司出售的一種巨型機器已經成為政策制定者們的有力手段——由此也能看到，任何國家要想建起一套完全自足的半導體技術供應鏈都是天方夜譚。

這種機器是由位於費爾德霍芬的ASML控股公司製造的。它的系統使用了一種不同的光來界定晶片上的極微小電路，從而讓一片小小的硅片擁有更強大的性能。這種機床的研發耗時數十年，於2017年開始量產，價格超過1.5億美元。機器的運送需要使用40個集裝箱、20輛卡車和三架波音747飛機。

這種複雜的機器被普遍認為是生產最先進的晶片——一種有地緣政治意義的能力——所必需的。川普政府在2019年成功遊說荷蘭政府阻止向中國出售這一設備，沒有任何跡象表明拜登政府會改變這一立場。

沒有這個系統，生產商就無法製造尖端晶片，而且「只有荷蘭公司ASML能製造，」喬治城大學安全與新興技術中心(Center for Security and Emerging Technology)研究分析師威爾·杭特(Will Hunt)說，該機構判斷中國至少需要10年才能自主製造類似的機器。「從中國的角度來講，這是件很煩人的事。」

IBM的一塊硅晶片，裡面裝滿了用這台機器製造的微晶片，成本超過1.5億美元。

ASML的機器實際上已經成為晶片供應鏈的一個瓶頸，而這些晶片被認為是電腦和其他數位設備的大腦。它的開發和生產涉及三大洲——使用了來自日本、美國和德國的專門技術與零件——從中也可以看到供應鏈的全球化程度，這是任何一個想獨自在半導體領域取得大幅進步的國家都需要面對的現實。

不只是中國，美國也是如此。國會正在討論斥資500億美元以減少對外國晶片生產商的依賴。許多聯邦政府部門——尤其是五角大廈——擔心美國對台灣頂尖晶片生產商的依賴，以及該島靠近中國的地理位置。

波士頓諮詢集團(Boston Consulting Group)和半導體產業協會(Semiconductor Industry Association)在今年春天發布的一項研究估計，建立自給自足的晶片供應鏈需要至少1萬億美元，晶片以及使用晶片的產品會有大幅漲價。

這個目標對任何人都是「完全不切實際的」，哈佛商學院(Harvard Business School)管理學教授史兆威(Willy Shih)表示。ASML的技術「極好地說明了為什麼我們需要全球貿易」。

此事彰顯ASML所扮演的關鍵角色，這家曾經不為人知的公司如今市值已超2850億美元。它是「你沒聽說過的最重要的公司了」，Evercore ISI公司分析師C·J·繆斯(C.J. Muse)說。

運輸該機器需要40個集裝箱、20輛卡車和三架波音747飛機。

ASML由電子巨頭飛利浦(Philips)和另一家機床生產商先進半導體材料國際(Advanced Semiconductor Materials International)於1984年聯合創辦，此後它已經成為一家獨立公司，也是使用所謂光刻工藝的晶片製造設備的頭號供應商，大幅領先於其他對手。

生產商使用光刻技術不斷把晶片電路的圖形投射到晶圓上。在一個晶片上可以放入越小的晶體管等元件，它的性能就越強，可以存儲越多的數據。這種縮小的過程成為摩爾定律，得名於晶片巨頭英特爾(Intel)的創始人之一戈登·摩爾(Gordon Moore)。

1997年，ASML考慮轉向使用極紫外光(EUV)。這樣的光波長極小，可以創造出比傳統光刻小得多的電路。公司後來決定生產使用該技術的機器，這個始於1990年代末的項目共耗資80億美元。

開發過程迅速全球化。現在，ASML在這種先進設備的組裝中要用到來自德國的反射鏡，以及在聖地亞哥開發的硬件，這種硬件通過用雷射噴射錫滴來產生光。重要化學品和元件則來自日本。

ASML首席執行官彼得·溫寧克(Peter Wennink)表示，公司早期資金短缺，導致它整合了來自專業供應商的發明，創建了他所謂的「協作知識網路」，得以迅速創新。

EUV代表產生電路的極紫外光。

一個承載進入機器的硅晶片的架子。

「我們只好不讓自己去做別人做得更好的事情，」他說。

ASML的發展建立在與其他國家合作的基礎上。80年代初，美國、日本和歐洲的研究人員開始考慮徹底轉變光源。這個概念被一個包括英特爾和另外兩家美國晶片製造商以及能源部實驗室在內的聯盟採納。

ASML總裁兼首席技術官馬丁·范登布林克(Martin van den Brink)表示，經過一年多的談判，ASML於1999年加入合作。該公司的其他合作夥伴包括比利時的微電子研究中心(IMEC)和另一個美國聯盟半導體製造技術聯盟(Sematech)。ASML後來吸引了英特爾、三星電子(Samsung Electronics)和台積電的巨額投資，以幫助其發展。

由於EUV難以捉摸，開發變得更加棘手。光刻機通常通過透鏡將光聚焦，以在晶片上投射電路圖案。但是EUV的短波長會被玻璃吸收，因此無法使用透鏡。另一種常見的光引導工具是反射鏡，也有同樣的問題。這意味著新的光刻技術需要帶有複雜塗層的反射鏡，這些反射鏡結合起來才能更好地反射短波長。

因此，ASML求助於擁有175年歷史的德國光學公司和長期合作夥伴蔡司集團(Zeiss Group)。蔡司提供了一個兩噸重的投影系統來處理EUV，其中包括六個特殊形狀的反射鏡，通過使用離子束去除缺陷的複雜機器人工藝，這些反射鏡需要經過數月的打磨、拋光和塗層處理。

「這絕對是人類製造過的最複雜的機器，」IBM 的一位高管說。

范登布林克說，為了產生足夠的光以快速投射圖像也導致了延遲。但是，ASML於2013年收購的聖地亞哥公司Cymer最終對一個系統做出了改進，該系統引導來自高功率雷射器的脈衝以每秒五萬次的頻率衝擊錫液滴——第一次衝擊是將它們壓平，第二次衝擊是將它們汽化——以製造強光。

新系統還需要重新設計被稱作光掩模的組件，它們在投影電路設計中就像模板一樣，以及需要新化學物質，它們沉積在晶片上，當暴露在光線下時會產生這些圖像。現在這些產品大部分由日本公司供應。

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自2017年ASML推出商用EUV型號以來，客戶已經購買了大約100個。買家包括三星和台積電——最大的晶片代工服務商。台積電使用該機床製造蘋果公司(Apple)為最新的iPhone手機設計的處理器。英特爾和IBM表示EUV對他們的計劃至關重要。

IBM高級副總裁達里奧·吉爾(Darío Gil)說：「這絕對是人類製造過的最複雜的機器。」

荷蘭對向中國出口此類機器的限制自2019年開始實施，但對ASML的財務影響不大，因為它有來自其他國家的訂單積壓。但該公司約15%的銷售額來自在中國銷售舊系統。

在3月提交給國會和拜登的最終報告中，國家人工智慧安全委員會(National Security Commission on Artificial Intelligence)提議將出口管制擴大到其他一些先進的ASML機器。該委員會由國會資助，旨在限制人工智慧在軍事應用上的發展。

杭特和其他政策專家認為，由於中國已經在使用這些機器，阻止新銷售會損害ASML，而不會為美國帶來太多戰略利益。該公司也這樣認為。

「我希望理性終將獲勝，」范登布林克說。

DON CLARK

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