凭什么说中国造不出光刻机
壁垒高筑的芯片业
到年中国的芯片自给率要达到70%，这是年美国开始对我国芯片产业开始疯狂打压封锁后，高层对中国芯片人定下的目标。
年无疑是中国芯片人最为黑暗的一年，先是华为海思被美国围剿，台积电被要求停止为华为海思代工高端麒麟芯片，紧接着又是中芯国际和大疆等公司被列入贸易制裁黑名单，美国直接无视中国严厉抗议，中芯国际一度被逼到要关门的绝境，最后被迫接受包括不能为华为代工等一些列美方提出的监管要求，才得以苟延残喘。
华为海思困局可以说特朗普粗鲁的撕下了中国半导体行业的遮羞布，让我国孱弱的半导体行业现状毫无保留的暴露在世人面前。国人猛然发现，曾经引以为豪的中芯国际，华为等一系列高科技公司，竟然在美国的技术封锁和打压之下毫无还手之力。直至今日，华为的手机业务几乎已经退出了头部竞争，靠着仅有的芯片库存努力刷存在感，甚至传言部分芯片不良品都被华为拿出来魔改成了麒麟L。华为海思即使能设计出世界一流的芯片，但就因为美国的制裁放眼世界竟找不到一家愿意为其提供先进制程代工，再好的设计也只能是纸上谈兵。
年国务院印发《新时期促进集成电路产业和软件产业高质量发展的若干政策》，其中提到，到年中国芯片自给率要达到70％。而根据IBS的数据年中国大陆的芯片自给率只有25.61%。要在年内达到70%的目标，中国必须继续加码半导体产业投入，力争做到全产业链自给自足。
然而，正在中国企业被无理打压，中国半导体人埋头尽全力追赶的时候，网传张忠谋的一句“即便是大陆以举国之力发展芯片制造业，也很难取得成功“深深刺痛了国人的神经，又正值中国半导体产业链爆出武汉宏芯丑闻，好比摸底考被抓作弊，加之年一众产业大佬在监管风暴中相继被查下马，一时间行业内风声鹤唳，国际上更是屡屡发出中国芯片产业大败局等一系列危言耸听的报导。
台湾半导体教父张忠谋我们常说芯片是全世界半导体供应链合作的结晶，那为什么中国作为世界主要经济体和最大的芯片市场，反而处处受压制，美国却能掌控全球的半导体产业链，想打压谁就能打压谁呢？面对这个问题我们需要从接下来好几个方面来寻找答案。
难啃的光刻机
要谈到芯片制造，首先要提到的就是被誉为半导体工业明珠的光刻机，它代表了半导体制造技术的巅峰。而ASML公司更是在光刻机设备领域一枝独秀，几乎通吃全球市场。可以生产7纳米以上制程的深紫外线光刻机，也被称为DUV，其市场主要由ASML，日本的尼康和佳能瓜分，其中ASM了占据了９成的市场份额，而可以生产更为先进的７纳米以下制程的极紫外线光刻机，也被称为EUV，就只有来自荷兰的ASML能独家供应，没有竞争对手。
根据ASML年公布的财报，在年，A阿斯麦年净销售额为亿欧元，同比增长5%；净利润59亿欧元，同比增长6.9%。在亿欧元的年度总净销售额中，有6亿欧元销售额为42台EUV光刻机系统贡献。每台EUV保守估计1.5亿美金，而对我们来说，因为美国的制裁，EUV我们是有钱也买不到。
无奈的蒋尚义市场上传闻，当年武汉宏芯通过蒋尚义和ASML的私人关系买到过一台EUV，但崭新的设备都没用就直接被抵押给了银行，之后更是被束之高阁，被资本作为圈钱的手段和噱头，这也是直接导致被台湾半导体人尊称为蒋爸的蒋尚义愤而辞职的导火索。当然后来的故事我们都知道了，可惜这场闹剧的结果和当年交大汉芯丑闻一样至今没有人为此被追责。
阿斯麦（ASML）CEO温彼得（PeterWennink）表示。“中国不太可能独立复制出顶尖的光刻技术。”不过这样说完之后，他还是做了补充：“这也并不是绝对不可能，因为中国的物理定律和我们这里是一样的”。对此王传福更是直接回怼，光刻机是人造的，不是神造的。
PeterWennink这里阿斯麦老板提到的是顶尖的光刻技术，就是EUV。因为低一档次的DUV光刻机，我们自己的产业已经初具雏形。
据公开信息显示，上海微电子自研的28nm光刻机即将进入生产车间，且这款光刻机能够制造出14nm芯片，这也是为什么DUV光刻机没有被纳入到瓦森纳协定中，没有禁止向中国出口。西方国家希望通过对中国市场出口成熟的DUV设备来扼杀还在襁褓之中的中国本土DUV光刻机产业。
据统计，去年和今年第一季度，ASML已经向中国企业出售78台DUV光刻机。这对中国本土的DUV光刻机产业发展是极为不利的。不过好消息是有传言称美国正在积极游说和向ASML施压，要求把DVU光刻机也纳入到禁止向中国出口的封锁清单中。这将逼迫我国的产业快速生长，也反而从某种程度上对我们刚发展起来的光刻机产业形成有益保护。同时根据公开信息显示国内的多家科研机构、实验室掌握了多项EUV光刻机最核心的技术，只要没有像武汉宏芯那样的行业败类，我国相关企业有望在年前完成EUV光刻机所有的研制工作。难怪阿斯麦（ASML）CEO温彼得（PeterWennink）早在年的科技大会上就向老美发出过警告：如果不卖给中国光刻机，五年之内，中国就会掌握所有的EUV光刻技术，这对ASML公司来说，将是一场灾难！
当然实际面对的困难和壁垒比想象中的要大很多，顶尖的EUV深度紫外光刻机，设备尺寸有卡车大小，共有超过１０万零件组成，需要遍布全球５０００余家顶尖的半导体生产供应商提供零件，几乎每一家都是细分行业的隐形冠军。中国为了芯片安全要以一己之力复制整个产业链，难度不言而喻。从实验室走向生产车间，当中可能还要花费数年的努力，研制成功和大规模量产应用之间仍旧有巨大的鸿沟。
EUV光刻机有三大核心技术，一块是曝光光源，也就是极紫外线的产生。为此ASML先是收购了美国企业Cymer，后来又与德国的TRUMPF独家合作，这就保证了EUV光线的产生技术只有ASML有，不向ASML之外的厂商提供。同时美国企业也完成了对ASML核心技术的渗透。
第二块就是对准系统，也就是如何将产生的紫外线收集起来。德国的蔡司半导体提供整体的方案，还提供后续所有镜头，而ASML与蔡司在这一块也是独家合作，蔡司不向另外的企业提供这项技术，而目前没有任何其它厂商能够达到蔡司的这个水平。
第三部分才是光刻等技术的整合。可见在关键领域ASML通过技术壁垒构建了产业护城河，也的确成功阻挡了其它企业复制出EUV光刻机。
正因为如此，国内对芯片制程走哪条路线也有不同的观点。
知难而上方显英雄本色
年5月25日，在第五届大数据科学与工程国际会议上，中国工程院院士吴汉明针对EUV光刻机发表了自己的见解，他表示：“一台EUV光刻机价值超过1亿美元，内部涵盖了近10万个零件，分别来自全球多家供应商，并且还是由全世界最高端的技术结合而成。”
同时，吴汉明院士还对EUV光刻机技术的来源做了数据分析，其中荷兰腔体和英国真空占了2%，德国光学系统占比14%，美国光源和日本材料分别独占27%。最后，吴汉明院士还做了最后的概括：“EUV光刻机是全球的结晶，如果让一个国家或者一个地区来做是不现实的。”
一台EUV背后是全球数百家隐形冠军企业吴院士的话不中听，但都是实话。因此国内半导体人也并没有都在一棵树上吊死，努力想通过变换赛道来实现超车。或者避其锋芒，主张目前阶段主攻成熟芯片的生产和应用。有以下典型观点。
第一，中国目前正在极力发展碳基芯片、光子芯片和量子芯片，而这类芯片的制造可以成功避开EUV光刻机。
第二，中科院表示55nm芯片才是我国市场当前最主要的需求，至于高精度芯片，不必刻意追求。
第三，华为已经将发展重心从手机业务转向软件和云服务，并发声当前目标是努力活下去，也说明芯片断供问题在短期内难以解决。
这里提到的碳基芯片、光子芯片和量子芯片确实都不需要EUV光刻机，但我们就能得出不需要光刻机的结论吗？
碳基芯片由碳基晶圆打造而来，碳基晶圆的基础则是一种被称为石墨烯的半导体材料，无论是散热还是运转速度，利用它打造出来的芯片，其性能千倍万倍于同一工艺制程的硅基芯片，由此被世界各国所重视。
尽管没有芯片造出来，可是早在年10月的时候，中科院确实展示了一批8英寸的石墨烯晶圆。但离量产还有一定距离，一方面世界各国对于石墨烯的研究，还没有到达让碳基晶圆批量生产，满足各大企业需求的地步；另一方面就算晶圆能够批量生产，与碳基芯片配套的生产设备，世界上还没有一家企业能够生产。
8英寸的石墨烯晶圆光子芯片是采用光波（电磁波）来作为信息传输或数据运算的载体，一般依托于集成光学或硅基光电子学中介质光波导来传输导模光信号，将光信号和电信号的调制、传输、解调等集成在同一块衬底或芯片上。光子对电子并不是替代关系，准确地讲光子产业是对电子产业的升级。
而量子芯片，它其实指的将量子线路集成在基片上，进而承载量子信息处理的功能。它与传统的硅基芯片最大的区别在于运算速度极快，或者说完全不在一个量级上。简单地说，传统计算机中的一个比特，可以用0或者1来表示，那么计算机处理n个比特的能力就是2n。而量子计算机中的量子比特，可以处于0和1同时存在的状态，那么量子计算机处理n个比特的能力就是2n。相比传统计算机，量子计算机的计算能力是呈指数增长的。
假设比特数为N，且无限大时，量子计算机的优势将会指数级的上升。比如，当N为时，量子计算机运行一次就可以完成运算，耗时远远低于一秒，但如果是经典计算机，则需要运算2次。
6月2日，英国顶级期刊《自然》（Nature）杂志发表了一份研究成果：美国国家标准与技术研究院与加拿大量子技术公司Xanadu合作，开发了一种可以执行多算法、可编程、可扩展的光量子计算芯片。而且，研究人员通过Xanadu研发的光量子计算机Borealis，仅需6微秒，即可完成超级计算机需耗时超过年才能完成的一项任务，运行速度加快了万倍以上。
由此可见，可见，量子芯片在处理特定大规模计算难题的时候，具有传统计算机无法比拟的优势。但对于网络一些关于“量子芯片将打破当下芯片制造的困境，特别是华为将破解芯片代工问题，以及光刻机的限制”的说法，这里要特别说明一下，量子计算与经典计算也不是取代和被取代的关系，而是在对算力要求极高的特定场景中发挥其高速并行计算的独特优势。所以量子芯片的应用场景很有限，并不能完全替代目前的硅基芯片。
是超车也是豪赌
由此可见弯道超车，并不是不可能，但也不是一片坦途。
要知道当年ASML也是果断选择林本坚的浸润式光刻法，放弃传统的干式光刻法，不但得以将陷入僵局的摩尔定律续命，更是一举击败当时的光刻机巨人佳能和尼康，但整个过程可谓惊心动魄，ASML为了这次切换赛道投入了几十亿欧元的研发，从无到有的进行研究和开发浸润式光刻法制程工艺，中途几次自己都要放弃，最后终于在荷兰和美国政府的支持，或者说威逼下坚持了下来。才有今天独霸天下的ASML，而当年的巨人佳能和尼康最终沦为了市场的点缀。之后ASML更是通过对供应链的整合，甚至把主要客户英特尔，台积电和三星都吸收为股东的方式进一步巩固了光刻机霸权版图。现在我们知道在英特尔和三星出售部分股权给资本国际集团后，ASML第一大股东资本国际集团和第二大股东贝莱德集团都是美资，其实ASML是披着荷兰企业外衣的美资公司。
出货中的ASML光刻机正因为业内人士都知道不管是迎头而上自己研发EUV光刻机，还是想切换赛道绕开EUV光刻机，两条路都不好走。所以才有了张忠某的那句“即便是大陆以举国之力发展芯片制造业，也很难取得成功“—这句话的背景其实是年1月凤凰卫视的访谈节目《领航者》，当时台积电成立1周年，张忠谋正计划于当年6月退休。
被问到如何看待大陆市场时，张忠谋说，大陆的半导体成长得很快，对大陆半导体发展非常乐观，在设计和制造两方面，他认为注重设计这一部分对大陆的半导体发展比较有利。而当谈到是否担心大陆的竞争时，张表示，毕竟大陆可以举国之力发展一个行业，很多行业实现了弯道超车。他表示，大陆企业已与台积电开始竞争，但在制程方面的竞争不是花很多钱、投入举国之力就能做成的。张忠谋还提到了学习曲线，他说：“假如一家公司在一个行业发展得很久，积累的经验就比新的竞争者多，只要自己不糟蹋机会，就可以长期保持优势。”
TSMC制程领先大陆数代如果全球半导体供应链依旧保持开放和自由，先进技术和制程能力不被用作打压中国的武器，张忠谋的话，是比较中肯的。因为他认为台积电专注于制程能力研发和先进制程产能扩充，考虑到晶圆厂和芯片厂几十亿上百亿的投资，最优化的产业链就是分工合作，全球的产能集中在一到两家先进的FAB工厂，这样既能尽块帮助FAB工厂充分利用产能，尽快收回巨额投资。也能让芯片设计企业专注于芯片设计和开发，减轻行业参与者的资金压力。但再成功的商人看待问题总有局限性。年他的话话音刚落，特朗普就举起了科技封锁大棒向中国企业挥来。这也使中国半导体人放弃幻想，骨头再硬也要自己啃下来。
开始啃硬骨头，难免会崩掉几颗牙。其中典型的代表就是华为。作为与联想同时期的企业，华为创立之时并没有中科院这样的资源背景，可谓是起点颇低，之所以能在三十年后远远地将联想甩开，最主要的原因就是华为在核心技术方面巨大的自研投入。
据公开资料显示，华为近几十年的研发投入累计高达亿元！遥遥领先于其他任何一家国产公司。在巨大的研发投入支撑下，华为海思研发团队不仅研发了5G芯片，而且还有麒麟、鲲鹏、巴龙、凌霄等应用于智能手机等场景的系列处理器，这让华为在5G通信、人工智能、云计算、自动驾驶等多个领域都达到了顶尖水准，几乎以一己之力抗衡着苹果、高通等美科技巨头。
华为芯片布局但美国一封锁，形势就急转直下，比如因为无法采购5G射频芯片等，即使是在5G机型已经相当普及的今天，华为也只能无奈推出4G新机。华为的5G射频芯片进口仍受到限制，而国内厂商至今无法实现核心器件滤波器的突破，美日企业仍占据主要话语权。但就算崩了牙，也要把骨头啃下来，华为宣布全面进入半导体领域，并制定了“南泥湾计划”，其旗下的哈勃投资更是广泛投资国内半导体公司，在外界看来，旨在打通供应渠道的华为，目的是为了自主造芯，彻底摆脱老美的束缚。中国需要更多像华为这样的企业。
华为灵魂人物任正非同时ASML也没有闲着，一方面要抓住时间窗口卖出更多的DUV和EUV光刻机，另一方面抓紧研发下一代highNA系统光刻机。
在年，该公司两次提高了生产目标：它希望到年出货约台DUV和90台EUV光刻机，而去年分别为不到台和5台。
同时计划在年交付第一台HIGHNA EXE光刻机，每台价值预计超４亿美金，能帮助客户达到一纳米以内的制程，进入埃米级制程时代。目前确定的一个客户是英特尔。
当然ASML也遇到了技术瓶颈，最大挑战是为EUV光学器件构建计量工具。HighNA反射镜的尺寸是其前身的两倍，需要将其平整度控制在20皮米内。这需要在一个“可以容纳半个公司”的真空容器中进行验证。同时相比EUV光刻机１.５兆瓦的功耗，HIGHNA EXE光刻机的功耗还要增加０.５兆瓦，达到惊人的２兆瓦！
天价HIGHNAEXE所以对于作为追赶者的中国光刻机产业，如何应对ASML向国内放量投放DUV光刻机来打压中国刚起步的本土光刻机行业，和美国封锁EUV光刻机来限制我们的先进制程产能和阉割我们的芯片设计产业，这是当前中国整个光刻机产业和产业主管部门需要认真考虑的问题。如果我们只满足于发展成熟制程的芯片和应用，那我们将会沦落为一个二流国家，严重的甚至会丧失国家数字主权，这将使我们在未来的数据时代被戴上数据枷锁。
被美国控制的ＥＵＶ光刻机技术
虽然ASML掌握了EUV光刻机的核心技术，作为目前世界上唯一一家能生产出极紫外光刻机的企业，却并不完全掌握EUV交易的主导权，主要原因是因为EUV技术诞生和成熟都在美国，甚至可以说EUV技术是美国的技术，ASML的命脉还是捏在了美国企业的手里。
这还要追溯到上世纪的１９９７年，当年极紫外光技术的研发已经到了穷途末路，为了分担在EUV设备产品开发和后期商业转化的风险和成本，在美国国家能源局的牵头下，通过下属的劳伦斯伯克利国家实验室，劳伦斯·利弗莫尔国家实验室，桑迪亚国家实验室三家国家级实验室和技术中心，加上当年的半导体巨头英特尔，组建了极紫外光线公司联盟。通过制定三年和五年计划来重点扶持极紫外光的研发。如果当年不是美国国家能源局及时介入，牵头组建联盟扶持极紫外光的研发，那就不会有现在的极紫外光在生产领域的应用。
在年又吸收由UltratechStepper新成立的美国先进光刻机公司进入到这个联盟型的公司，主攻极紫外光刻工具。此时，联盟里已经有了英特尔，摩托罗拉，AMD等一众行业大佬出资来推进极紫外光技术的研究和商业化，并且也和SVG光刻机公司签订了开发协议。我们可以发现这就是一个美国公司小团体，美国的半导体大厂也只能抱团来对极紫外光刻机的研究和商业化进行投资来分担风险和集中研发能力。
当时虽然英特尔看中尼康的技术能力想拉其一起加入这个联盟，但美国担心这个核心技术被国外掌握，所以即使是美国忠实小弟日本的企业，也最后被排除在这个技术核心圈之外。等到年ASML进入到这个圈子时，联盟里都是美国公司加上前面所说的美国三大国家实验室。
在承诺55%的原材料从美国采购并同时在美国建厂后，ASML作为仅有两家非美资企业的公司之一进入到了这个联盟，另外一家是德国半导体巨头英飞凌。在之后的４年里，联盟组织大家一起就极紫外光的研究方向和商业转化的可能性进行了深入的研究，在得到积极的结果后，联盟就宣告解散，大家有各自回到自己的领域进行进一步的细化研究。最终，ASML抢的先手，通过整合各个领域的尖端技术，克服了各种困难，终于在年向台积电交付了首台EUV光刻机，NXE.可以说当时押注浸润法光刻的ASML已经被逼到了不成功便成仁的绝境，终于爆发出了超常的能量，抢得交付EUV光刻机得先手，又加上浸润法光刻得成功，最终使ASML走上神坛。但此时ASML的EUV光刻技术里也都是美国的基因，所以能不能卖EUV光刻机不是ASML能独自决定的。
ＡＳＭＬ专机发货回顾EUV技术的发展，也能理解为什么我们从无到有研发EUV光刻机是这么的难。我们目前的水平还只在DUV深紫外光刻机入门阶段。EUV光刻机可以达到７纳米及以下制程能力，而DUV光刻机只达到７纳米以上制程能力。也就是市场上所说的成熟制程领域，集中在２８纳米和１４纳米。
中国目前国内的目光都集中在上海微电子的28纳米DUV光刻机交付进展。而根据美国媒体的消息，美国政府正在推动对中国出口１４纳米制程设备的禁令。如果消息属实，那将使我们的半导体产业环境更加困难。毕竟我们连28纳米的光刻机都还不能稳定交付，更不用说14纳米制程的光刻机。
当然对我国的半导体生产设备商来说，困难就是机遇，没有国外先进设备抢占市场，我国的半导体设备企业有更多的时间和空间进行喘息，有利于国产设备的追赶。当然这要有相配套的激励政策来引导和扶持。
和汽车一样，任何一家主机厂都无法脱离产业链生产出优质的产品，光刻机也一样，不是靠一两家单位埋头苦干就能研究出来的，就好比ASML背后是强大的欧美光学设备产业链，要自己生产出光刻机，需要的是一个同时进步的中国光学产业。同时我们要吸取汽车产业的经验教训，尖端的技术不是单单靠市场就能换回来的，市场换技术更多时候换来的是二手的要淘汰的技术，技术的差距鸿沟又容易使我国有些企业安于接盘国外二手技术，毕竟即便是二手技术，在国内也已经可以横着走了。
因此宏观上的策略性产业布局和投入需要政府机构主导，要把短期收益让位于长远的产业建设。在这一点上，市场经济是无效的。如果当年不是美国政府主导国家实验室牵头推动极紫外光科技的进步，靠任何一家企业都不会独自发展出EUV光刻机。
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