集微網(wǎng)報(bào)道,在光刻機(jī)領(lǐng)域,ASML是當(dāng)今毋庸置疑的霸主。
從1984年由飛利浦和ASM合資成立的一家小公司,到將昔日光刻機(jī)大國(guó)美國(guó)和日本拉下神壇的商業(yè)巨頭,ASML只用了短短二十年的時(shí)間。據(jù)彭博數(shù)據(jù)顯示,在45nm以下高端光刻機(jī)設(shè)備市場(chǎng),ASML占據(jù)市場(chǎng)份額高達(dá)80%以上,在極紫外光(EUV)領(lǐng)域,ASM是獨(dú)家生產(chǎn)者,實(shí)現(xiàn)了全球獨(dú)家壟斷。
輝煌鼎盛如斯,照此勢(shì)頭發(fā)展,ASML的未來基本上可以“躺贏”了。然而這僅僅是理論,商業(yè)戰(zhàn)場(chǎng)上從來就不存在“躺贏”的贏家。在半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)波詭云譎的當(dāng)下,已將光刻機(jī)做到極致的ASML自然也隱藏著某些隱憂。
獨(dú)特商業(yè)模式下的“內(nèi)傷”
全球光刻機(jī)領(lǐng)域,主要有 ASML、尼康、佳能這三個(gè)主要生產(chǎn)商, ASML無論是產(chǎn)品、技術(shù),還是市場(chǎng)占有率都是穩(wěn)居第一。雖然在干式光刻機(jī)和深紫外光刻方面(DUV)還有尼康和佳能兩個(gè)公司,但是其競(jìng)爭(zhēng)力已經(jīng)很弱。而在極紫光刻機(jī)(EUV)方面,兩個(gè)公司都還在研發(fā)階段,離成功尚且遙遠(yuǎn),而ASML 是全球唯一能夠生產(chǎn) EUV 光刻機(jī)設(shè)備的廠家,掌握了獨(dú)家壟斷權(quán),市場(chǎng)占有率達(dá) 100%。
來源:SEMI前瞻產(chǎn)業(yè)研究院
在集微網(wǎng)對(duì)InsingerGilissen高級(jí)分析師Jos Versteeg的訪談中,他談到:“EUV方面,尼康和佳能都還在研發(fā)階段,但我覺得他們不會(huì)成功。ASML研發(fā)了20多年才做出EUV,這涉及到非常復(fù)雜的問題,我甚至不認(rèn)為還有第二個(gè)公司能做出來。因此ASML是市場(chǎng)上唯一的EUV供應(yīng)商,而且未來多年都將保持這一地位。這使得他們?cè)诎雽?dǎo)體市場(chǎng)中擁有絕對(duì)優(yōu)勢(shì),成為至關(guān)重要的一員。”
在打遍天下無敵手的情況下,無疑,ASML最大的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手就剩下自己。Jos Versteeg提到:“ASML的競(jìng)爭(zhēng)壓力源于他們的商業(yè)模式。”
為何這么說?我們得先了解ASML的獨(dú)特經(jīng)營(yíng)模式。ASML的經(jīng)營(yíng)模式在于拉投資商投資,然后優(yōu)先供貨投資商。簡(jiǎn)單理解就是,ASML研制高端光刻機(jī)需要很多錢,一年甚至高達(dá)十幾億、幾十億歐元的投入。在ASML沒錢的情況下,急需要找投資商,誰投資的多,將來研制成功了,就優(yōu)先供應(yīng)給誰。
這種模式讓ASML有足夠的資金去支撐高額的技術(shù)研發(fā),然而,在技術(shù)壁壘造就市場(chǎng)護(hù)城河的同時(shí)或許也設(shè)置了自己的利潤(rùn)“天花板”。Jos Versteeg認(rèn)為,這種模式之下,EUV和DUV的價(jià)格并不是競(jìng)爭(zhēng)元素,ASML沒辦法把價(jià)格降下來,因?yàn)橹圃斐杀局苯优c機(jī)器的產(chǎn)能成正比。如果想有更大的利潤(rùn)空間,ASML唯一能做的就是提高效率。正是這種內(nèi)部驅(qū)動(dòng)力使得ASML更高效地提高光刻機(jī)生產(chǎn)力,這是另一種來自價(jià)格的刺激。也正因如此,與大多數(shù)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)不同,ASML無法隨意提高價(jià)格以創(chuàng)造更大的利潤(rùn)空間,因?yàn)槿魞r(jià)格過高,則芯片制造成本提升,難以盈利。對(duì)ASML來說,外有來自各大半導(dǎo)體廠商的壓力,內(nèi)有價(jià)格提升的驅(qū)動(dòng)力來提高機(jī)器產(chǎn)能。
他同時(shí)指出,當(dāng)然半導(dǎo)體廠商還是希望ASML有競(jìng)爭(zhēng)者的,英特爾曾盡力把尼康留在市場(chǎng),但后來發(fā)現(xiàn)兩個(gè)光刻機(jī)供應(yīng)商其實(shí)并不理想,因?yàn)檫@意味著兩套設(shè)備需要各自的維護(hù)系統(tǒng)和維護(hù)人員。所以最終只有ASML留在了光刻機(jī)市場(chǎng)。
摩爾定律失效問題
除了內(nèi)部原因外,另一個(gè)隱憂則是面臨著摩爾定律失效的問題。一直以來,半導(dǎo)體器件的發(fā)展趨勢(shì)都沿續(xù)摩爾定律的規(guī)則:集成電路中可容納的晶體管數(shù)量每經(jīng)過18~24個(gè)月總數(shù)增長(zhǎng)一倍。然而,隨著芯片制程越來越接近工藝極限和物理極限,摩爾定律能否持續(xù)生效也開始受到質(zhì)疑。
關(guān)于這個(gè)問題,Jos Versteeg以中國(guó)的一個(gè)古老故事做了生動(dòng)形象的類比:一個(gè)農(nóng)民立了功,皇帝想賞賜他一點(diǎn)東西。農(nóng)民拿出一個(gè)棋盤,讓皇帝在每個(gè)格子里放米粒,第一格放一粒,第二格放二粒,第三格放四粒,以此類推,皇帝本來覺得這沒什么,但是真要把這個(gè)棋盤放滿,最后發(fā)現(xiàn)這是個(gè)天文數(shù)字,據(jù)說放到棋盤一半的時(shí)候,賞賜的糧食數(shù)量就已經(jīng)差不多要50億粒了。
Jos Versteeg認(rèn)為,半導(dǎo)體的發(fā)展目前就處在下半階段。從20世紀(jì)60年代集成電路初級(jí)發(fā)展開始,按照摩爾定律,晶體管數(shù)量每年翻倍,從廣義上看,50億到100億個(gè)晶體管,摩爾定律上半程還不是很困難,但是到了下半段,每隔差不多兩年要從100億到200億個(gè)晶體管,再?gòu)?00億升級(jí)到400億就很難了。就連ASML的CEO也說我們正進(jìn)入“棋盤的下半階段”,技術(shù)上越來越難,所以出現(xiàn)了摩爾定律延遲發(fā)生的現(xiàn)象。
事實(shí)上,芯片業(yè)界已經(jīng)接受了晶體管尺寸接近下限的現(xiàn)實(shí),并已經(jīng)為摩爾定律的終結(jié)做了準(zhǔn)備。2020年美國(guó)半導(dǎo)體工業(yè)協(xié)會(huì)成員包括英特爾、AMD和格芯發(fā)表了一份報(bào)告。這份報(bào)告宣稱,到2021年,硅晶體管尺寸的縮小將不再是一件經(jīng)濟(jì)可行的事情。取而代之的是,芯片將以另一種方式發(fā)生變化。
在眾多替代材料中,當(dāng)前碳納米管材料最被看好。碳納米管相對(duì)于硅材料具有成本更低、功耗更小、效率更高的優(yōu)勢(shì)。最為關(guān)鍵的是,應(yīng)用碳基芯片之中,原先的芯片制造程序也將大為不同。
值得一提的是,我國(guó)的碳納米材料研發(fā)起步較早,研究也處于領(lǐng)先地位。2020年5月,我國(guó)北京大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)在制備碳納米管方面取得了世界先進(jìn)性成果,有望把芯片制程推進(jìn)3nm以下。同年8月份,北京大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)在碳納米半導(dǎo)體材料方面的最新進(jìn)展又被學(xué)術(shù)期刊《自然·電子學(xué)》收錄。此項(xiàng)研究成果意味著我國(guó)碳基半導(dǎo)體研究成功突破抗輻照這一世界性難題,為研制抗輻照的碳基芯片打下了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。
如果中國(guó)可以率先實(shí)現(xiàn)碳基芯片量產(chǎn)商用,那么中國(guó)將會(huì)在新一代材料革命中占據(jù)主導(dǎo)優(yōu)勢(shì)。在當(dāng)前摩爾定律或?qū)⑹А⒅袊?guó)無法造出EUV光刻機(jī)的歷史節(jié)點(diǎn)上,這項(xiàng)研究尤有意義。如果中國(guó)碳基芯片能夠取代美國(guó)硅芯片,是不是意味著有繞過EUV光刻機(jī),研發(fā)其他的設(shè)備來制造生產(chǎn)光刻機(jī)的可能?退一步講,即使還需要光刻機(jī),同性能的硅基芯片,對(duì)光刻機(jī)的精度要求沒有這么高,甚至對(duì)光刻機(jī)的工藝要求也不一樣,那ASML的市場(chǎng)壟斷是否會(huì)被打破,以中國(guó)的科技發(fā)展,是否完全可以實(shí)現(xiàn)光刻機(jī)國(guó)產(chǎn)化?這些都是未知但值得探討的問題。假若真如此,ASML一家獨(dú)大的市場(chǎng)格局也必將改變。
美國(guó)掣肘下,如何做好中國(guó)生意?
“ASML需要中國(guó),但中國(guó)更需要ASML。”對(duì)于ASML和中國(guó)的關(guān)系,Jos Versteeg一語道破。
話雖如此,中國(guó)市場(chǎng)對(duì)ASML來說仍占據(jù)了其業(yè)績(jī)的非常重要一部分,可不是可以隨手舍棄的“蒼蠅肉”。根據(jù)ASML 2020年第三季度的財(cái)報(bào),來自中國(guó)大陸的營(yíng)收占比為21%。ASML預(yù)計(jì),2020年來自中國(guó)大陸客戶的銷售額將增長(zhǎng)到10億歐元以上。以2020年為例,ASML 在第二季度總共賣出了 61 臺(tái)光刻機(jī)(包括新設(shè)備和二手設(shè)備),在第三季度賣出了 60 臺(tái)——這其中,有超過 24 臺(tái)是賣給了中國(guó)大陸。
在去年11月,ASML全球副總裁、中國(guó)區(qū)總裁沈波在第三屆中國(guó)國(guó)際進(jìn)口博覽會(huì)現(xiàn)場(chǎng)接受澎湃新聞專訪時(shí)曾提到:“自30年前進(jìn)入中國(guó)市場(chǎng)以來,ASML已提供了全面的技術(shù)和能力來滿足中國(guó)客戶的需求。目前我們?cè)谥袊?guó)一共為客戶提供了700多臺(tái)裝機(jī)。在遵守法律法規(guī)的同時(shí),ASML全力支持客戶和中國(guó)集成電路行業(yè)的發(fā)展。”
ASML在中國(guó)許多城市已經(jīng)設(shè)立了分公司,2020年5月又與無錫簽署戰(zhàn)略合作協(xié)議,擴(kuò)建升級(jí)基地。很顯然,ASML自身是很看好并希望繼續(xù)發(fā)展中國(guó)市場(chǎng)的。在科工力量對(duì)《光刻巨人:ASML的崛起之路》作者、荷蘭Techwatch媒體公司CEO、荷蘭高科技學(xué)院董事總經(jīng)理瑞尼·雷吉梅克(Rene Raaijmakers)的采訪中,他也認(rèn)為,“在不久的將來,如果計(jì)算系統(tǒng)銷售的數(shù)量,我認(rèn)為中國(guó)將成為ASML最大的客戶。而當(dāng)ASML開始向中國(guó)銷售EUV光刻機(jī)時(shí),中國(guó)未來肯定會(huì)成為ASML最大的市場(chǎng)。因此,ASML會(huì)持續(xù)關(guān)注和投入中國(guó)市場(chǎng)。”
然而,ASML要打開中國(guó)市場(chǎng)卻身不由己,有著來自美國(guó)的限制。
2018 年 4 月,中芯國(guó)際向 ASML 訂購(gòu)了一臺(tái) EUV 光刻機(jī),價(jià)值 1.2 億美元,預(yù)計(jì) 2019 年年初交貨。在荷蘭政府已經(jīng)向 ASML 發(fā)放了出口許可證的前提下,由于美國(guó)政府的阻攔,至今未能成功交貨。
對(duì)此,Jos Versteeg在訪談中也提到,實(shí)際上,荷蘭政府是想給ASML發(fā)出口許可的,ASML顯然也想把機(jī)器賣出去。但是同樣在《瓦森納安排》上的美國(guó)阻止了荷蘭,威脅了荷蘭,也就是說如果ASML把EUV賣給中國(guó),就很可能拿不到某些專利許可。“所以其實(shí)是美國(guó)妨礙了中國(guó)進(jìn)口EUV的進(jìn)程。如果荷蘭不必考慮美國(guó)的立場(chǎng)和威脅,其實(shí)是非常希望向中國(guó)出口EUV光刻機(jī)的。”他再次強(qiáng)調(diào)。
類似的回答我們也能從瑞尼·雷吉梅克口中聽到:“荷蘭政府不會(huì)自行采取行動(dòng)。沒有美國(guó)政府的同意,它不會(huì)做任何事情。這也是因?yàn)锳SML屬于‘半個(gè)美國(guó)公司,半個(gè)歐洲公司’。”
之所以說ASML屬于“半個(gè)美國(guó)公司,半個(gè)歐洲公司”,這有著由來已久的歷史因素。在ASML三十多年的發(fā)展過程中有兩件事極為重要,除了技術(shù)方向押對(duì)了“浸潤(rùn)式方案”之外,第二件事就是加入EUV LLC。
EUV LLC成立于1997年,是一個(gè)聯(lián)合研究項(xiàng)目,整個(gè)項(xiàng)目由英特爾公司和美國(guó)能源部牽頭,參與研究的單位也都赫赫有名:通信巨頭摩托羅拉、芯片巨頭AMD、勞倫斯-利弗莫爾”國(guó)家實(shí)驗(yàn)室、“勞倫斯伯克利”實(shí)驗(yàn)室和桑迪亞國(guó)家實(shí)驗(yàn)室。
EUV光刻機(jī)幾乎集成了人類精密制造的技術(shù)極限,想要一己之力自主突破這項(xiàng)技術(shù),等同于癡人說夢(mèng),拿到EUV LLC入場(chǎng)券的ASML,能夠享受 EUV LLC 的研究成果大大加快了其 EUV 的研發(fā)速度。與此同時(shí),為了產(chǎn)能和技術(shù),ASML在收購(gòu)美國(guó)光刻機(jī)廠商SVG時(shí)不得不接受在收購(gòu)協(xié)議上附加的苛刻條件例如保證至少50%以上的零部件從美國(guó)采購(gòu)、定期接受美國(guó)的安全審查等,這也是為什么美國(guó)擁有光刻機(jī)出口的話語權(quán)的原因。
另外,為解決資金困境,2012年ASML提出“客戶聯(lián)合投資計(jì)劃”,客戶入股可以保證最先拿到最新設(shè)備。目前ASML的前三大股東資本國(guó)際集團(tuán)(MSCI)、貝萊德和英特爾均來自美國(guó)。因此,也有人說ASML是“半個(gè)美國(guó)公司”。
所以ASML想要出口EUV給中國(guó)還要看美國(guó)的臉色也算“情有可原”了。然而,考慮到更長(zhǎng)遠(yuǎn)的未來,中美關(guān)系還是個(gè)未知數(shù),ASML如何才能去“美國(guó)化”,把握更大的主動(dòng)權(quán)?在美國(guó)的掣肘下,如何做好中國(guó)生意?這都是ASML要面臨的問題。
結(jié)語:對(duì)于正“如日中天”的ASML來說,現(xiàn)在說它的隱憂未免會(huì)讓人覺得過于杞人憂天。然而,歷史的車輪滾滾向前,正如二十年前它能以一介無名之輩將當(dāng)時(shí)的巨頭尼康和佳能打趴下,二十年后,它是否能保證自己不被新“物種”打敗?這個(gè)問題恐怕連ASML自己也不敢打包票。
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