封面图 | 《西虹市首富》剧照
文｜风马牛 （微信公众号：冯仑风马牛）
怎么解决高端芯片制造难的问题？
网上曾有人提出一个大胆的想法：技术不够钱来凑，买下台积电，实现弯道超车。但很快又有人泼了一盆冷水：没有荷兰企业阿斯麦（ASML）的光刻机，台积电也无法保持芯片制造业领先地位。
阿斯麦，高端光刻机龙头，市场占有率超过 60%，目前全球最先进的 EUV（极紫外）光刻机只有阿斯麦才能生产。就在 12 月初，比利时微电子研究中心（IMEC）总裁透露，阿斯麦已经完成 1nm 光刻机的设计工作，预备在 2022 年实现商业化。从当下最先进的 5nm，到阿斯麦雄心勃勃想实现量产的 1nm，「摩尔定律不死」的旗帜仿佛压在了阿斯麦身上，因为光刻机市场上尚能一战的尼康、佳能早就放弃了摩尔定律、停止开发 EUV 设备。随着高端芯片产能向 EUV 设备转移，阿斯麦在业内的地位也越来越高。
那么，阿斯麦究竟是怎样的企业？这样一家对信息产业至关重要的企业，又是如何在荷兰，这个面积还没河南省三分之一大的国家成长起来的呢？
01
难上加难，迎难而上
登月和造光刻机相比，谁更难？如果这么问阿斯麦的董事长，他大概会苦笑着反问：一个 1969 年就已经被解答的问题，和一个几十年来越解越难的问题，你认为谁更难？
给芯片制造业提出这个大难题的人，叫戈登·摩尔。1965 年，他提出最多在 10 年内，集成电路的集成度就会每两年翻一番，后来大家又把这个周期缩短到 18 个月，于是一个芯片产业最重要的「自我实现」的预言产生了：摩尔定律。
1968 年，戈登·摩尔和罗伯特·诺伊斯合伙创办的英特尔公司成立，但这家公司一直被业内认为是二流企业。直到 1970 年代末，英特尔的 16 位 8086 处理器被 IBM 直接用到个人电脑（PC）上，英特尔这才名声大噪。
1984 年，苹果发布第一台 Macintosh，「车库创业」的鼻祖惠普公司推出一体式电脑，大学生米高·戴尔开始创业，日后全球最大的电脑企业之一戴尔公司，当时只是个「攒电脑」的小店。这一年，计算机走进家庭的时代来临了，芯片制造业的金矿才刚刚挖开一角。
第一台 Macintosh：Say hello to the world
也是这一年，荷兰最大的私营企业飞利浦决定，把投资大、回报周期长的光刻机制造部门剥离出来，找个搭档分担风险、共同创业。找了一圈，找到一家叫 ASM International 的公司，飞利浦决定和这家公司对半持股，新成立的光刻机制造公司就是阿斯麦。
从诞生到发展为全球最大的高端光刻机制造商，阿斯麦的成长经历充分诠释了什么叫：难上加难，却还要迎难而上。
虽然有两家大公司做后盾，但荷兰，乃至整个欧洲的光刻机制造都是从零开始，没有技术，也没有市场。阿斯麦整个公司只有 45 个人，他们最初只做一件事，烧钱。
那段日子，阿斯麦备受质疑。1980 年以前，美国 GCA 公司的步进式光刻机产品独树一帜，垄断 90% 的市场份额，而从 1980 年开始，在日立、NEC、SONY、东芝等半导体制造大厂的支持下，尼康、佳能很快就超过 GCA，成为光刻机市场新霸主。阿斯麦偏居荷兰，总部位于费尔德霍芬，一个人口只有 4 万的小镇，怎么和拥有一条完整产业链的日本企业竞争？
阿斯麦能做的，只有让钱烧得更值一点。
第一代产品太粗糙，卖不出去，阿斯麦找来德国光学大企业蔡司帮忙改进。第二代稍微好了一点，阿斯麦立马派人去半导体大本营美国硅谷推销，以低价促销量，在硅谷混个脸熟，挤进了由英特尔、 IBM 、摩托罗拉等巨头企业成立的 EUV 技术联盟，兢兢业业跟在巨头后面研究 EUV 技术。
1995 年，时任美国总统克林顿推出「信息高速公路计划」，半导体市场一片红火，阿斯麦趁机在荷兰阿姆斯特丹和美国纳斯达克同时上市。这一年，通过持续的技术改革配合营销，阿斯麦终于能有 14% 的市占率了。
一个小透明企业怎么在山头林立的半导体产业活下来？除了一刻不停地改进技术，挖深护城河，还要引进活水，把这条河用起来。
02
埋头创新，灵活转向
最关键的转折出现在 21 世纪头几年。
光刻机关键技术的提升，依赖 3 个指标：综合因素 k1，波长 λ，镜头数值孔径 NA，但 k1 和 NA 的改进空间有限，各大光刻机厂商能拉开竞争差距的只有波长 λ。
彼时，尼康、阿斯麦都选好了各自前进的技术路径：尼康决定搏一搏 0.004nm （EPL）的波长，而阿斯麦坚定站在 13.5nm （EUV）阵营这边，顺带收获了好盟友，崛起中的代工大咖台积电。
台积电是芯片制造业的下游企业，客户都是电子产品制造商，深受「反摩尔定律」困扰。所谓反摩尔定律，不是说要推翻摩尔定律，而是从企业收益的角度，反过来看摩尔定律——如果一个 IT 公司今天和 18 个月前，卖掉同样数量、同样质量的产品，它的营业额就要降一半。
这就逼着硬件公司的迭代速度，必须跟上摩尔定律的更新速度。
摩尔定律图示
2002 年，台积电的林志坚博士提出一个设想：在晶圆光刻胶上面加水，利用光的折射，把业界最熟悉的 193nm 光波长变为 134nm。这个设想被称为「浸入式 193nm 方案」，虽然和阿斯麦苦苦追求的 EUV 不是一个路子，却是成本更低、技术上更容易实现的操作。
凭借和台积电的好关系，阿斯麦迅速设计、生产出浸入式（DUV）光刻机，并送入台积电厂区试验。最终，台积电成为第一家实现浸入式量产的公司，而阿斯麦也收获了看家产品。
在不断改进高 NA 镜头、光刻胶、多光照等技术的基础上，阿斯麦把光刻机使用的波长从英特尔时代的 193nm ，降低到 22nm ，并成功开发出 EUV 光刻机，实现 7nm、 5nm 芯片的量产。
正是因为长期卡在 193nm 无法前进，英特尔才被称为「牙膏厂」
阿斯麦渐进式改革的成功，同时也意味着尼康的失败。
当时， 13.5nm 波长对于全球来说都是不可逾越的障碍，更何况尼康全力以赴的 0.004nm ，光刻机的量产所追求的不仅仅是技术领先，还有量产的时间领先。尼康追求的跨度太大，所需要的时间、财力都不是渐进式发展的浸入式光刻机能比拟的。
当台积电已经将浸入式光刻机投入使用，不断给阿斯麦提供测试和改进数据时，尼康仍然执着于不成熟的产品，只能眼看着客户逐渐流失。至于原本的种子选手佳能，还在坚信一款好产品可以卖很久，300多、 200多 nm 的芯片仍然是主打产品。日本半导体产业链已不复 1980、 1990 年代的荣光。
反观阿斯麦，2001 年，为了拿到一些关键技术专利，阿斯麦四处筹钱，买下美国 SVG 光刻机公司，借机真正跻身美国半导体产业链上游。为了更专注搞研发，阿斯麦推出一项「股东优先购买计划」：新品研发成功后，阿斯麦的股东企业们有优先购买权，换句话说，阿斯麦的客户们要想提前享受新技术的红利，就必须拿出真金白银作为支持。
于是到 2009 年，智能手机浪潮出现时，阿斯麦已经是全球最大的光刻机设备供应商了——高通的芯片，不论是交给三星还是台积电代工，所使用的光刻机，都来自阿斯麦。它们之间的关系是买家与卖家、股东和企业，更是紧密联系的盟友。
数十年来，摩尔定律正如滚滚车轮，总有企业被无情抛下，像阿斯麦这样能埋头创新，也能灵活转向的企业，实在不多。
03
号准时代的脉搏
从一个年年亏钱的分拆部门发展为光刻机巨头，阿斯麦的成功，既包含了公司整体的不懈努力，更包含了半导体整个行业巨大的推动力。
除了技术追求，阿斯麦最值得称赞的是其产品开发模式。
光刻机是一种非常复杂的机械，拿业内交口称赞的 EUV 光刻机来说，每台设备含有超过 10 万个零部件、 4 万多个螺栓，总重量超过 180 吨，体积相当于一辆双层大巴。光刻机这么复杂，阿斯麦却选取了一种相对简便的办法来应对拆分、运输、安装和修理：模块化。
简单来说，就像小孩子拼积木一样，按照各种标准，把零部件分为几类，分别拆解，专人负责。如此一来，从接受客户订单，到设备交付、调试，所需时间大幅度缩减。
阿斯麦还利用模块化，把制造业「升级」成了服务业——通过不同模块的组合，阿斯麦能根据客户要求，量身定做合适的产品。每次产品更新，阿斯麦设计人员都尽量在既有产品的基础上，尽量改动较少模块，实现更大的功能升级，延长设备使用寿命，降低客户成本。这一点从创业开始就开始实施了，第二代光刻机至今还有厂商在用，阿斯麦仍在提供服务。
阿斯麦 EUV 光刻机示意图
此外，阿斯麦的成功也离不开对行业趋势和市场动态的觉察。
与台积电的成功合作，只是阿斯麦重视行业趋势的一个例子。在半导体市场上，阿斯麦比日本、美国公司都更早进入「代工」半导体产业，台积电、三星、海力士等芯片企业都在阿斯麦的交好范围内，这种「交好」不是高层互相走访、发发新闻，也不仅限于金钱支持，还包括阿斯麦长期派专人驻厂，学习、配合代工企业的特性。至于该用什么样的速度推陈出新，也是阿斯麦长期「潜伏」在各大协会，听取大量下游企业的意见和需求得出的结果。
因为诞生在荷兰这个面积不大、市场很小的国家，阿斯麦从一开始，就只能走出去，正视巨头的压力，谋求更多支持。这是「先天不足」，阿斯麦却把它变成了「后天特色」。
这两年「卡脖子」成为一个热词，尤其是芯片行业，大家总是惊呼怎么这也不行，那也不行。然而，一个产业的好与坏，从来不仅仅维系在一两个企业身上，正如阿斯麦，它的成功背后是全球半导体产业几十年的辉煌在奔涌。当这浪潮拍打过来，任何企业想站上潮头，必得有莫大的决心，和一艘千万人为之奋斗的、坚实的船。
资料来源：
[1]The Economist：How ASML became chipmaking’s biggest monopoly?
[2]ASM International：History of ASM
[3]Philips：More than a century of innovation and entrepreneurship
[4]折昌美，李璟：从ASML和Nikon专利诉讼案例看国产光刻设备知识产权建设，科技和产业
[5]罗晋彦：光刻机竞合进行时，科技观察
[6]孙小雨，卢玥光：访ASML中国区总经理David Sachse和技术行销经理程天风，半导体技术
[7]牛媛媛，王天明：ASML企业运营模式案例研究，科技创业
[8]戴锦文，缪小勇：摩尔定律的过去、现在和未来，电子与封装
[9]邹志同：EUV 光刻技术与摩尔定律，集成电路应用
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本篇作者 | 毛洪涛 主编｜王滔
编审｜陈润江 顾问｜王淑琪
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