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比原子弹还稀有,全世界仅有两个国家掌握,高端光刻机有多难造?

发布日期:2025-02-05 13:03    点击次数:154

自新中国成立之后,我国步入了高速发展的阶段,如今已经发展成为世界顶尖强国,在诸多领域都获得了巨大的发展。

例如核武器方面,我国具备足够数量的核武器以捍卫国家,同时拥有三位一体的核打击能力。此外,中国的航母发展实现了从无到有、由少变多、从多到优的转变。

然而,许多人并不知晓,尽管我国的国防与科技已经有了极大的提升,但在部分前沿研究领域,我们依旧落后于其他国家。光刻机被誉为“工业皇冠”,其稀有程度甚至超过原子弹,当前,全球仅有两个国家掌握高精度光刻机技术。

光刻机究竟为何物?我们至今仍被西方掣肘的高端光刻机,其制造难度到底达到了何种程度?

光刻机,这是一种用于芯片生产加工的精密仪器,其外观类似一个大柜子。在机器内部配备了多种高精度的紫外光源,这些光源借助透镜进行反射,从而将芯片图案按一比一的比例投射到硅片之上,也正因如此,它才被命名为“光刻机”。

相较于原子弹,光刻机的集成度极高。全球有5000多家科技公司,只要少了其中一家的合作,光刻机就无法组装。我们所熟知的荷兰ASML公司,实际上是一个方案整合企业,该公司资源丰富、人脉广泛,能够在光刻机制造方面形成垄断。

截至当下,能够独立生产EUV极紫外光刻机的国家仅有两个。其一是荷兰的ASML,其二为韩国的三星电子,这二者作为科技界的巨擘,技术始终处于世界领先地位。

大家都清楚,芯片的制造是离不开光刻机的。在智能化浪潮席卷全球之际,市场上不断有各类支撑产品出现,像手机、电脑自不必说,就连洗衣机、电饭煲这类家用电器也渐渐迈向智能化。相较于往年,芯片的需求量近乎呈指数级攀升,其在半导体行业中的地位也日益凸显。

世界各国的外交路线存在差异,这使得不少国家难以在光刻机领域达成绝对垄断。美、日、韩、荷兰便是典型例证,它们彼此协作,最终整合出一套方案,才好不容易凑出一台完整的光刻机。不少人认为,高端光刻机产量低、供应链复杂,这便是背后的缘由。

自2018年起,美国便拉拢日本、荷兰等国一同对我国实施“芯片断供”之举。然而,他们似乎忘却了一点,中国有着全球最为庞大的市场,想要与我国彻底实现脱钩,绝非易事。

自2018年起直至今日,我们已经遭受“卡脖子”的困境整整五年之久。就当下的状况而言,美国、荷兰等国的企业已经渐感难以为继,外媒更是直白地声称:“日本即将失去光刻机产业。”

近年来,中国一直在半导体制造领域积极探索发展。科研团队也确实获得了一些突破成果,而且已有成功投入生产的实例。不过,相较于国外的工艺技术,中国的制造水平和台积电、三星这类行业巨头相比,差距还相当明显。若要达成真正意义上的超越,恐怕还需要经历漫长的征程。

出于多种因素的考量,光刻机向来被西方国家当作贸易战的工具。今年,美国和日本共同针对中国出台了《瓦森纳协议》。该协议表明,不再向部分国家出售先进型号的光刻机设备,同时断绝与中国的技术合作,特别是针对那些“受管制”的设备,不再提供任何维修与保养方面的服务,这无异于直接撤掉售后,即便我们想花钱,也无法购得零件。

这便表明,一些国家在进口光刻机方面遭遇了前所未有的制裁。一旦光刻机发生故障,就会陷入“报废”的境地。据统计,中国当前进口光刻机的保有量达1000多台。即便对这些机器保护得再好,也需要定期进行清洁或者更换光源。

在《瓦森纳协议》颁布之前,国内光刻机的保养与维修工作一直是由荷兰的技术团队负责的。这种安排有助于技术保密,而且对国内的芯片企业来说,也较为便利。然而,美国毫无缘由地撤掉了售后,这难免令人担忧未来芯片是否会出现“断货”的状况。

当前,国内已有部分企业遭受重创,像华为海思、中芯国际便是如此。高端芯片无法进口,自身又不能制造,局面似乎陷入了僵局。不过,整个半导体行业仍然保持活跃态势,毕竟多数芯片的生产无需高端光刻机便可完成。

以当前的发展态势来看,中国很可能会平稳地渡过艰难阶段,后续的发展将会不断加速,愈发顺遂。届时,美国的封锁自然就会失去效力,其不得不重新规划布局,不然就会被中国生产的低价芯片打得毫无还手之力。

在芯片行业内,众多业内人士都深知,中国乃是芯片生产极为理想的国家。中国拥有丰富的稀土资源,水电供应充足,劳动力成本低廉得令西方国家艳羡。有观点戏谑地称,如果芯片制造企业在中国内地建厂投产,芯片成本将显著降低,产量也会翻倍。

对美国而言,这几乎是无法达成的。当下,全球最大的芯片制造巨头仍位于台湾。然而,台湾是个岛屿,诸多资源无法自给,只能依赖外部进口,如此一来,运输成本便急剧攀升,芯片价格也一直居高不下。

在半导体制造这一领域,西方的起步要远远早于我们。就拿一个简单事例来说吧,在上世纪八九十年代,大众对电子类消费品始终心存疑虑。像大哥大、彩色电视机、个人数字电脑之类的产品,其价格非常高昂。大哥大刚面市时,得花两三万才能买到,其他产品的价格也令人咋舌。

然而,短短几年间,电子消费品就历经了数轮降价潮。彩色电视机的价格从8000元大幅跌落至1000元上下,可谓价格暴跌,这使得更多民众有能力购买家用电器,电视和手机也在2000年逐步得到普及。

当时,中芯国际才刚组建。为削减进口芯片造成的高昂成本,部分厂家决意自行制造芯片。然而,芯片制造离不开光刻机,而国内并无此物,只能从国外进口光刻机,中国半导体行业也随之逐渐发生变革。

随着进口光刻机数量的不断攀升,中国企业的芯片进口量相应地有所削减。此时,美国方才产生了危机感,若要维系芯片垄断地位,首先就得对光刻机的拟出口数量加以管控。而西方国家除此之外别无良策,只能借助涨价的方式来调控比例。

自2003年起,光刻机的价格便一路飙升,特别是那些最新型号的光刻机,动辄就要数千万美元。这使得众多半导体制造企业叫苦不迭,中小型企业因无力购置光刻机,只能退出制造环节,重新走上从国外进口芯片的发展道路。在这一过程中,唯有中芯国际坚守了下来。

需要留意的是,当时的ASML在行业里还没什么存在感,属于“小透明”般的存在。其生产的光刻机性能并不出众,主要与日本尼康和韩国三星这两个光刻机品牌相互竞争。实际上,不少人都不清楚,光刻机制造的棘手之处关键在于经验。外国企业起步早,积累了海量的经验,这一状况是我们无法改变的。

通常而言,光源焦点的面积越小,雕刻的精准度就越高,所制造芯片的精度也就越高。不过,更为先进的光刻机往往要以更为精密的科学仪器作为基础材料。例如,机器中使用的反射镜全由德国蔡司公司研发生产,其镜面极为平整,即便用电子显微镜查看,也不存在凹坑。据科学家称,这是人类能够制造出的最光滑的物体。

此外,光刻机必须建造在震动极小的区域。在生产与研发环节,实验室近乎处于悬浮状态,如此可防止晃动,提升芯片的良品率。而且光刻机的研发耗资巨大,以全球最先进的ASML为例,其每年投入的研发资金高达1亿欧元,一旦项目失败,就得重新来过。

小公司压根就没有研发光刻机的实力。光刻机的研发耗时漫长,而且收益微薄是常见的情况。这和原子弹比起来,就如同小巫见大巫。只要获得国际原子能机构的许可,在材料完备之时,许多国家都有能力制造原子弹。然而光刻机却不同,即便将其图纸公开,多数国家依旧无法掌握核心技术,难以独立制造出光刻机。



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