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“最先进光刻机对中国禁售”是一个谎言
作者:PBSNPR
发表时间:2018-05-08
更新时间:2018-05-08
浏览:111次
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中兴被美国封杀十多天了,又有传言华为也在被美国调查。中兴被美国封杀最大的影响是芯片,在此时机,网络上那个“最先进光刻机对中国禁售”的传言又盛行起来。这里回顾下半导体制造产业界的一段精彩历史,数几个风流人物,看能不能终结这个捕风捉影的传言。

光刻机包括很多种类,为避免混淆,先明确一下,本文说的光刻机就是指生产最先进逻辑芯片所用的那个谣传不卖给中国的设备。这个东西,现在是ASML一家独大。在ASML一家独大的局面形成之前,是尼康、佳能和ASML三足鼎立。怎么从三足鼎立演变成一家独大的呢?转折点是193nm波长浸润式光刻机的问世。

本来,光刻机都是干式的,没有液体参与。1987年,当时的IBM还拥有大量芯片Foundry业务。这里要说明一下,我不喜欢中文夹杂英文单词,但是这个芯片Foundry实在是没有通用翻译,直译成工厂又觉得很不确切,所以只好夹杂英文单词了。1987年,张忠谋创立了台积电,这是改变产业界的大事。在同一年,一位不太起眼的IBM芯片Foundry工程师从显微镜镜头上的水得到灵感,提出了一种浸润式光刻机的新设想,写成论文发表出来。在当时,这篇论文纯粹作为理论前沿,没有进入产业界的考虑,因为当时的干式光刻机已经足以支撑摩尔定律的狂飙突进,没必要胡思乱想。

然后时间到了2002年,IBM、英特尔、台积电等芯片Foundry越来越焦虑,因为延续摩尔定律越来越困难了。用传统的193nm光刻机把芯片制程推进到65nm之后遇到了瓶颈,很难再往下推进了。尼康和佳能做出了157nm波长的光刻机,然而试用效果并不好。有人提出只能依赖极紫外光刻机——EUV,发射波长13nm级别。然而在当时的业界条件下,EUV基本无法实现。这时候,台积电的一位总监级工程师指出,浸润式光刻机才是正确的前进路线。他在IBM工程师那篇论文基础上又写了三篇论文,详细提出了具体实现方法,然后在国际半导体会议上反复在IBM、英特尔、尼康、佳能、德仪等主要半导体企业间宣传、研讨。大家都表示了兴趣,然而,最终决定投入研发这种光刻机的,是在当时来看落后于尼康和佳能的ASML。从2004年开始立项,ASML主导,台积电提供协助,三年后,颠覆性的产品——浸润式光刻机诞生了,从此,光刻机从三足鼎立变成了一家独大。

也就是说,浸润式光刻机是IBM提出最初设想,台积电发扬光大设计出原型概念,ASML最终做出产品。最初提出设想的那位IBM工程师,名叫林本坚,出生在越南,是一位越南籍华人,当然后来变成了美籍华人。把这个设想发扬光大,设计出原型概念的台积电工程师——也是林本坚。是的,就是同一个林本坚,他在1990年从IBM离职,尝试过创业,失败了,后来进入台积电。

2007年,台积电使用ASML的浸润式光刻机成功投产45nm制程芯片,从此IBM逐渐退出了芯片Foundry业务。不过,英特尔功力深厚、跟进迅速,所以虽然台积电率先投产45nm制程,却仍然落后于晚一步投产的英特尔。

后来的故事,大家可能会稍微熟悉一些,就是台积电和英特尔不断推进制程,第二梯队是台联电、Global Foundry。注意,这里面没提三星,三星从第三梯队迅速蹿升到了第一梯队,这跟台积电的另一个总监级工程师有关,这位总监级工程名叫梁孟松。

梁孟松的博士生导师名叫胡正明,是FinFET技术的发明人, FinFET技术是芯片制程推进到20nm以下的关键。

梁孟松在台积电时的直接主管是蒋尚义,蒋尚义在台积电是仅次于张忠谋的二号人物。

梁孟松的妻子是韩国籍。2009年梁孟松从台积电离职,当年加入韩国成均馆大学任教,2011年入职三星。2014年底,三星比台积电提前半年量产14nm制程工艺。早在2011年,台积电就在台湾最高法院起诉梁孟松商业泄密,到2015年终审胜诉。

注意,到目前为止,所有量产的65nm以下制程的芯片,都是用的这个193nm浸润式光刻机。包括英特尔、三星、台积电、台联电、Global Foundry,还有中国大陆的中芯国际、华宏半导体等。这个光刻机,从来没有禁售这回事。用这同一款光刻机,台积电能做到7nm,三星能做到10nm,中芯国际目前只能做到28nm。

不过,这个193nm浸润式光刻机现在已经不是最先进的了,最先进的是波长13nm的极紫外光刻机(EUV)。注意光刻机的波长是从193nm一下子降到13nm,不是很多外行理解的65、45、32、28、16/14、10、7,这些是芯片制程,而且针对这个多少nm制程的定义,三星、英特尔、台积电之间还没有完全统一标准。这里我不细说这个制程,只是强调这些数字是芯片制程,而光刻机的射线波长是从193nm突降到13nm。就算把失败产品尼康和佳能的157nm算上,193nm到157nm也仍然是个平稳变化,但是到13nm,这就是断崖式变化了,难度是指数级增长。有多难呢?ASML当时说有可能做不出来,而如果他们全力投入研发,结果没做出来的话,他们公司就会被拖垮。怎么办呢?台积电、英特尔、三星说可以鼎力支持。于是搞出了这样的解决方案:台积电、英特尔、三星三个客户出钱认购ASML的股份,注意,这时候的股价是虚高的,是假设EUV能研发成功来估价,目的就是为了帮ASML分担EUV研发失败的风险。而且,他们不仅出钱,还出人,去跟ASML密切配合,从客户角度提出各种建议。对于光刻机这样的高精密、高复杂度的生产力工具,客户的建议也是非常重要的,客户已经不只是单纯的客户了,还是亲密无间的合作伙伴。这是另一个传言的源头:台积电、英特尔、三星都是ASML的股东,做出来的EUV光刻机优先提供给这三家股东。

这个传言前半句是正确的,后半句是谣言。虽然入股了,但是ASML完整保持了自己经营的独立性,台积电、英特尔、三星并没有话语权。对所有客户,ASML是开放的、一视同仁的。事实上,台积电认购的股份已经被ASML回购回去了。纯粹从财务上说,台积电还赚了一笔。当然,入股还是有好处的,他们提前熟悉了这个产品,在研发成功的第一时间就下了订单。

那么,为什么当初中芯国际不入股ASML?台积电入股ASML是在2012年,我们看看2012年的中芯国际是个什么状况。

中芯国际,2000年成立,创始人叫张汝京,本来是另一家台湾的代工厂——世大的创始人,当时世大是台湾第三大芯片Foundry,然后被台积电收购了,尽管张汝京不同意出售给台积电,但是拗不过想要尽快套现的大股东。

被收购后,张汝京出走台湾,他首选的二次创业目的地是当时具有雄厚半导体基础的新加坡,然而考察后各方面条件没让他满意。次选是香港,当时港府也有一个建设“数码港”的规划,仍然不太满意。第三选择才是上海,上海政府给他开出了优厚的条件,最终他下定决心在上海创立了中芯国际。大家不要再随便抱怨政府重视半导体太晚了,早在2000年,上海市政府就已经足够重视半导体产业了,击败新加坡、香港吸引到了张汝京这样的顶级人才。当时的中芯国际在技术上和台积电差距不大,有过发展十分迅猛发展的短暂好时光。然而,随后就遇到了跟台积电的一系列官司。

2004年,台积电向美国国际贸易委员会申请调查中芯国际,同时向加州地方法院起诉中芯国际侵犯知识产权,2005年和解,代价是中芯国际向台积电赔偿1.7亿美元并且不再侵权。2006年台积电再次起诉中芯国际侵权,这次官司打到2009年底,最终中芯国际赔偿2亿美元,被再次要求不再侵权。这个“不再侵权”是个致命杀招,由于张汝京之前创立的世大被台积电收购,所以世大的那些知识产权也都属于台积电了,而张汝京在原有领域创业,自然会利用原有的技术积累,这就不可避免的会侵权台积电。更雪上加霜的是,跟当时的中芯国际比起来实力雄厚的台积电,在世大的原有技术基础上深入研究、融会贯通,把可能的技术演进都申请了专利。换句话说,要想不侵权,张汝京只能把之前在世大的技术积累全部丢弃,从零开始另起炉灶。在台积电的压力下,中芯国际被迫做出过这样的尝试。为了寻找其他技术路线,中芯国际先后从富士通、东芝、特许半导体、欧洲半导体研究所、英飞凌、摩托罗拉、IBM等机构购买技术授权。这些机构虽然曾经都在半导体产业界占据重要地位,但是当时他们的Foundry技术已经落后于台积电和英特尔了,然而中芯国际业务只能看看这些落后的技术方向有没有向前演进的可能。结果很不幸,这些技术是真的都没有前途了,再往前走,绕不开台积电的知识产权。

2009年底,在台积电对中芯国际的胜诉判决宣判后的当天,张汝京从中芯国际离职。判决书没有要求张汝京离职,有传言说这是台积电对中芯国际私下的附加要求,毕竟最终的判决,赔偿金额比台积电最初的要价低了很多,算是台积电的让步。不过这只是传言,也有可能是张汝京认输了,所有路线都被台积电堵死了,不得不认输。后来的张汝京仍然在半导体产业,不过不再是芯片Foundry领域了。张汝京离开后,不可避免的,中芯国际陷入了混乱,新的管理层的首要任务是稳定人心。于是,中芯国际把重点工作放在那些落后技术的客户开发上,减少了新技术研究的投入。这样到了2012年,中芯国际既严重缺钱,技术上又十分落后,不能给ASML提供什么有价值的技术协助,做不了合作伙伴,ASML当然不会选择中芯国际入股了。从中芯国际角度来说,第一没钱,第二收益时间太久远,眼下公司能不能活到那个时候都是问题,也完全不应该考虑入股ASML。所以,中芯国际没有入股ASML,是一件完全符合商业运作逻辑的事情,跟“对中国禁售”毫无关系。

细究起来,倒真有一个可疑之处:台积电对中芯国际和三星的处理差别太大了。台积电在美国起诉中芯国际,但是却并没有起诉三星,只是起诉了梁孟松个人,而且只是在台湾起诉,没有在美国起诉。对比起来,简直可以说台积电完全放过了三星。这是什么原因呢?一方面,三星挖来梁孟松后一步到位,比台积电领先半年进入到14nm制程,这些技术有很多台积电还没来得及申请知识产权,打起官司来取证困难。另一方面,三星比台积电强大太多了,跟中芯国际更是不可同日而语,耗得起旷日持久的官司,哪怕最终输了,受损也不会太大,而这期间,台积电自身还要投入资金和精力。所以,综合考虑,台积电选择不跟三星过多纠缠。那么,这里面有没有“对中国禁售”的原因呢?虽然那时候中芯国际的股东都是国际资本,注册总部也在国外,但毕竟实际运营在中国大陆,这一点确实给捕风捉影者留下了把柄。持有“对中国禁售”观点的人是这样解读的:美国借台积电对中芯国际的官司,做到了对中国大陆实质上的禁售,当然也就不需要再另外明确规定禁售了。

我不认同这种阴谋论解读,主要基于以下两个事实。第一个,前面提到过,这里重复一下:到目前为止,所有量产的65nm以下制程的芯片,都是用的这个193nm浸润式光刻机,中芯国际同样拥有这全套设备,然而只能做到28nm。第二个,中芯国际现在的28nm制程,工艺上仍然大量借鉴了台积电的技术路线。而且,蒋尚义、梁孟松两位重量级人物在2016、2017年先后入职了中芯国际。按理说,如果现在台积电起诉中芯国际侵权,胜诉的可能性依然很大。然而,自从张汝京离开后,台积电就再也没有起诉过中芯国际。看起来,更像是张忠谋与张汝京的个人恩怨?当然,更大的可能是,十几年前的中芯国际对台积电有潜在的威胁,现在的中芯国际,已经入不了台积电法眼了。

提示: 本博文来自于 USANews 版

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