文/正又直说事
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前言
半导体霸主ASML光刻机的垄断或将结束!
2019年,美国开始了对我国半导体的封锁,尤其是在华为5G问世后,封锁强度一再加强。
面对美国的强力封锁,华为在经历了至暗时刻后,终于在今年打破封锁,制造了属于我国的芯片!
而作为美国拥护者,掌握了全球最先进技术的荷兰公司ASML却开始自乱阵脚。
尤其是在日本推出不弱于ASML的芯片制造技术后,它“半导体一哥”的地位岌岌可危!
一、“穷小子”ASML到半导体霸主
阿斯麦尔(ASML)的名字可能很多人并不熟悉,但它却在智能手机、电脑等各种电子产品所使用的芯片制造中扮演着无可替代的角色。
ASML是全球最大的光刻机供应商,这种机器用于给硅片“印刷”电路图案,是半导体制造的关键设备。
ASML的起源要追溯到1984年,当时飞利浦和ASMI两家公司联手成立了ASML公司,主要从事光刻机的研发和生产。
但初期的ASML并不被看好,经常因为研发经费不足的问题抓耳挠腮,再加上合资公司飞利浦的时常打压,一度让他们举步维艰。
你敢相信,ASML最初是在飞利浦施舍下,在一个不遮风挡雨的棚子中办公,为了保证电子设备的正常,ASML的创始人对棚子做了一个简单的装修就开始办公。
直到90年代,ASML抓住行业对更高分辨率光刻机的需求,大力投入浸入式技术的研发,一举改变了它们的窘况。
浸入式技术将光刻机的曝光环境从空气改为液体,可大大提高折射率,缩短曝光波长。
行业老大尼康仍然坚持旧有技术路线,而ASML的这一突破性创新让其快速崛起,短短几年时间,ASML市场份额上升至70%。尼康在浸入式光刻机上败给了ASML,但还不至于完全屈居人下。
真正让ASML称霸的,是90年代末开始酝酿的极紫外线(EUV)技术。
为了进一步缩小芯片制程,业界亟需突破光刻机曝光波长的物理极限。EUV通过使用仅10纳米级的极紫外线,可支持更高分辨率,但技术难题重重,投入成本高昂。
ASML加入了美国主导的EUV联盟并获得资金支持,经过长达十几年的研发,终于在2015年实现EUV量产。借此技术,ASML独占鳌头,市场份额达到90%以上。
如今,全球顶尖的芯片制造商如三星、台积电都不得不向ASML订购,令人吃惊的是,仅仅一台最先进的光刻机,售价就高达1亿美元,就这样还供不应求。
EUV光刻机就像一个工业界的“黄金钥匙”,ASML几乎彻底掌控了这个领域。
ASML从最初的不被看好,到后来凭借技术创新逐步成长,最后在EUV领域独领风骚,一举称霸整个光刻机市场。
ASML在光刻机技术的两大突破,无疑奠定了它在行业的绝对支配地位。
首先是90年代成功应用的浸入式技术,这一技术路线的转变让ASML迅速崛起,超越了老牌巨头尼康。
其次是21世纪初研发的EUV技术,这项高难度的技术让ASML几乎将竞争对手杀绝,市场份额超过90%。
从根本上说,ASML能够取得成功的最大原因,是它敢于创新和与时俱进。
无论是当年的浸入式技术,还是后来的EUV技术,它都勇于尝试全新的路线,而不是固步自封。
二、日本的弯道超时,中国华为的崛起
2019年,美对华芯片制裁之初,我国的技术人员前往ASML工厂参观学习。
不曾想,被被当时ASML的技术人员嘲讽,即便把EUV光刻机图纸给中国,中国也造不出这种设备!
然而仅仅4年时间,情况发生了逆转。
2023年,华为发布了自主研发的7nm工艺芯片麒麟9000S,实现了批量化生产。
这款芯片采用了创新的管芯结构设计,大幅降低了功耗,提升了性能。同时,华为还应用先进的封装技术,将多个芯片堆叠在一起,增加了芯片容量。
采用这款芯片的华为Mate60 Pro性能已可媲美3nm iPhone 15 Pro。仅发布几个月,Mate60订单就达1500-1700万台,预计全周期销量可达5000万台。
业内预计,2024年华为将推出10系列和9系列旗舰芯片,采用3D堆叠技术,性能将追上甚至超过高通和苹果。
这表明仅通过自主创新,中国已经能制造出堪比世界的顶级芯片,由此可以看出,我国对于光刻的机的需求没有那么大了。
随着我国芯片突出封锁后,作为我国光刻机主要供应商之一的ASML就感受了威胁,然而更加雪上加霜的是,日本佳能公司2nm芯片的出现,让他“光刻机一哥”的位置摇摇欲坠。
要知道佳能曾在美日半导体竞争中落败,在ASML垄断EUV技术后,佳能就再也无法使用EUV技术,但是它却从未放弃对半导体的研发。
佳能使用的是NIL光刻技术,这是一种“压印”工艺,相较传统工艺根据优势,又比EUV技术更环保。
经过近20年的潜心研发,佳能在10月份发布了一款NIL技术的光刻机。
它不但采用的是最新的紫外固化技术,而且可以刻画线宽14nm的图片,经过后期改良后,是可以实现制作2nm的芯片制作。
最重要的是,佳能表示预计将在2025年实现对2nm芯片的批量生产。
而已经有多个厂家也和它达成了合作,比如铠侠计划2025年用NIL 5nm工艺量产3D NAND芯片,这将大幅提升存储芯片的容量。SK海力士也引入了佳能设备用于先进存储芯片制造。
业内分析,NIL光刻具有功耗更低、成本更优、污染更小的特点,在存储和按需定制芯片制造方面优势明显。
如果佳能成功实现2nm工艺,将对ASML在光刻机市场的主导地位形成强大冲击。
三、ASML一哥地位受影响
多年来,荷兰公司ASML凭借其在光刻机领域的技术优势,稳居全球半导体设备制造商的头把交椅。
其生产的极紫外线(EUV)光刻机被公认为目前世界上最先进的芯片制造设备。众多知名芯片企业如台积电、三星等都依赖ASML的EUV设备进行最先进工艺芯片的制造。
然而,来自日本佳能的纳米压印光刻技术(Nanoimprint Lithography, NIL)的崛起,可能重塑整个半导体制造业的技术格局。
佳能在今年推出了采用NIL技术的FPA-1200NZ2C设备,宣称该设备能够实现5nm的芯片,并且可以达到14nm的线宽。
更令人惊叹的是,佳能表示他们正在优化NIL设备的掩模工艺,预计在不久的将来就能实现2nm工艺的芯片制造,这代表佳能已经突破ASML的技术封锁。
此外,佳能NIL技术已经获得了业内重量级企业的高度认可。
日本企业铠侠宣布已经使用佳能NIL设备成功制造了15nm工艺的NAND芯片,并计划在2025年左右利用5nm NIL工艺实现NAND芯片的量产。
韩国企业SK海力士也宣布,将在2025年前后使用佳能NIL设备实现3D NAND芯片的量产。这无疑将对ASML形成巨大的技术压力。
在中国,多家企业也已加入NIL技术的研发和规模化应用行列。
光刻机龙头企业苏达维格就明确表示,公司已高度关注NIL技术在芯片制造领域替代传统光刻的应用前景,并正在积极布局该项技术。
NIL技术的崛起将有望打破ASML在光刻机领域的长期垄断,使中国芯片制造业更进一步。
结语
中国企业华为通过自主创新,在关键时刻实现了芯片技术的重大突破,与此同时,日本佳能也蓄势多年,在存储芯片制造领域抢占先机,推出颠覆性的NIL光刻技术。
这两大力量都对荷兰ASML的光刻机垄断地位形成了强力冲击。
未来的半导体竞争格局,随着中国企业的崛起和日本佳能技术的进步,或将迎来深刻变革。
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