40 “没有 B 计划”

2015年，严涛南被问到，如果阿斯麦正在开发的新的EUV光刻机不起作用，会发生什么。在过去的25年里，严涛南一直致力于光刻技术的前沿研究。1991年，严涛南刚从麻省理工学院毕业便被TI聘用，在那里维修GCA在破产前生产的最后一台光刻机。20世纪90年代末，当使用193纳米波长光的深紫外（DUV）光刻机上线时，严涛南加入了台积电。近20年来，该行业一直依靠这些工具来制造越来越小的晶体管，使用一系列光学技巧，比如通过水或多层掩模的多次曝光，使193纳米的光波能够形成尺寸的一小部分，这些技巧让摩尔定律得以延续。因为芯片行业在20世纪90年代末通过对3D FinFET的早期研究已将晶体管从180纳米节点缩减。到2015年左右，这些研究成果已准备好进行大规模生产。

严涛南，《为大批量制造开发EUV光刻技术——个人旅程》（Developing EUV Lithography for High Volume Manufacturing—A Personal Journey），《IEEE技术简报》（IEEE Technical Briefs），https://www.ieee.org/ns/periodicals/EDS/EDS-APRIL-2021-HTML-V2/InnerFiles/LandPage.HTML。 但是，只有这么多的光学技巧可以帮助193纳米的光雕刻出更小的特征尺寸。每个新的解决方案都会增加时间和成本。到2015年左右，解决方案会有一些额外的改进，但摩尔定律需要更好的光刻机来雕刻更小的图形。唯一的希望是，自20世纪90年代初以来一直在开发但被严重推迟的EUV光刻机，最终能够在商业规模上运行。还能有什么选择？严涛南知道“没有B计划”。

张忠谋在半导体行业对EUV光刻机下的赌注比其他任何人都大。台积电的光刻团队在EUV光刻机是否适合大规模生产的问题上存在分歧，但负责台积电研发的蒋尚义坚信，EUV光刻机是唯一的前进之路。说话温和的蒋尚义，因一流的制造技术而广受赞誉。蒋尚义出生于中国重庆，和张忠谋一样，他的家人在第二次世界大战期间逃离了日占区。蒋尚义在中国台湾长大，后来在斯坦福大学学习电气工程，并在得克萨斯州的TI和硅谷的惠普工作。1997年，当台积电突然发出工作邀请和巨额签约奖金时，蒋尚义回到了台湾，帮助台积电发展。2006年，蒋尚义试图在加利福尼亚州退休，但当台积电在2009年遇到40纳米制造困境时，沮丧的张忠谋邀请蒋尚义回到台湾，吃了一顿牛肉汤面，要求他再次负责研发。

采访蒋尚义，2021年。王丽莎，《台积电史丹威任职中芯国际》（TSMC Stalwart Takes SMIC Role），《台北时报》，2016年12月22日。吉米·熊，《蒋尚义：集结军队》（Shang-yi Chiang: Rallying the Troops），《天下杂志》，2007年12月5日。采访蒋尚义和严涛南，2021年。 曾在得克萨斯州、加利福尼亚州和中国台湾工作过的蒋尚义，总是被推动台积电的雄心壮志和职业道德震撼。这一雄心壮志源于张忠谋对世界一流技术的愿景，张忠谋愿意花巨资将台积电的研发团队从1997年的120人扩大到2013年的7000人。这种渴望渗透到了整个公司。蒋尚义解释道：“在台湾，人们非常努力地工作。”由于制造工具占先进制造厂的大部分成本，所以保持设备运行对盈利至关重要。蒋尚义说，在美国，如果凌晨1点有什么东西坏了，那么工程师会在第二天早上修好。但是在台积电，他们会在凌晨2点前解决问题。蒋尚义解释道：“他们不会抱怨，他们的家人也不会抱怨。” 随着蒋尚义重新掌管研发，台积电向EUV光刻迈进。蒋尚义很容易找到通宵工作的员工。他要求在12号工厂（台积电最大的工厂之一）里安装三台用于测试的EUV光刻机。在台积电与阿斯麦的合作中，蒋尚义不遗余力地测试和改进EUV光刻机。

蒂莫西·P.摩根（Timothy P. Morgan），《AMD的格芯收购对手特许半导体》（AMD's GlobalFoundries Consumes Chartered Semi Rival），Register，2010年1月14日。采访IBM前高管，2021年。采访两位半导体高管，2021年。 与台积电、三星和英特尔一样，格芯在开发自己的7纳米节点时，也在考虑采用EUV光刻机。从创立之初，格芯就知道，要想发展壮大，就需要成长。格芯继承了AMD的晶圆厂，但该厂比其竞争对手小得多。为了增长，格芯于2010年收购了新加坡的芯片制造厂特许半导体。 几年后，也就是2014年，格芯收购了IBM的微电子业务，并承诺为这个“蓝色巨人”（Big Blue）生产芯片，IBM此前出于AMD相同的原因决定成为无晶圆厂公司。IBM的高管们分享过一个计算生态系统的形象：一个上下颠倒的金字塔，底部是半导体，所有其他计算都依赖于它。 但是，尽管IBM在半导体业务的发展中发挥了根本性的作用，但其领导人认为，制造芯片在经济上毫无意义。面对决定投资数百亿美元建造新的先进晶圆厂，或者用数十亿美元投资高利润软件，IBM选择了后者，将芯片部门出售给格芯。

《苹果在2015年推动了台积电的整个代工销售增长》（Apple Drove Entire Foundry Sales Increase at TSMC in 2015），IC Insights，2016年4月26日。《三星、台积电在可用晶圆制造能力方面保持领先地位》（Samsung，TSMC Remain Tops in Available Wafer Fab Capacity），IC Insights，2016年1月6日。该数字计算出每月等效于200毫米的晶圆数。当时，该行业的前沿正在转向300毫米晶圆，每个晶圆可以容纳大约两倍的芯片。因此，以300毫米晶圆为基础的每月晶圆数要少一些。 到2015年，由于这些收购，格芯成为当时美国最大的芯片制造厂，也是世界上最大的芯片制造工厂之一，但与台积电相比，格芯仍然是一家小公司。当时，格芯与中国台湾的联华电子在竞争全球第二大芯片制造厂的地位，两家公司都各拥有大约10%的市场份额。 但是，台积电占据了全球芯片制造市场50%以上的份额。2015年，三星仅占芯片制造市场的5%，但如果将其自主设计的芯片（例如存储芯片和智能手机处理器芯片）的大量生产包括在内，那么三星生产的晶圆比任何公司都多。按照行业标准，台积电的晶圆产能为180万片，三星的晶圆产能为250万片，而格芯的晶圆产能只有70万片。

彼得·布赖特，《AMD完成从芯片制造业的退出》（AMD Completes Exit from Chip Manufacturing Biz），《连线》，2012年3月5日。 台积电、英特尔和三星肯定会采用EUV光刻机，尽管这些公司对何时以及如何采用EUV光刻机有不同的策略。格芯则没有那么自信，它在28纳米工艺上遇到了困难。为了减少延迟的风险，格芯决定从三星获得14纳米工艺的许可，而不是自行开发。 这一决定显示格芯对自己的研发工作缺乏信心。

采访三名格芯前高管，其中一人关注EUV光刻机，2021年。关于研发支出，请参见格芯的IPO（首次公开募股）招股说明书，美国证券交易委员会（Security and Exchange Commission），2021年10月4日，第81页，https://www.sec.gov/Archives/edgar/data/0001709048/000119312521290644/d192411df1.htm。另请参见马克·吉尔伯特（Mark Gilbert），《第四季度就业保持强劲前景，以准备2019年第一季度》（Q4 Hiring Remains Strong Outlook for Q1 2019），SemiWiki，2018年11月4日，https://semiwiki.com/semiconductor-manufacturers/globalfoundries/7749-globalfoundries-pivot-explained/q。 到2018年，格芯已经购买了几台EUV光刻机，并将其安装在最先进的8号工厂里。后来，格芯的高管命令公司停止这项工作。“EUV计划”被取消，格芯放弃了生产新的尖端节点芯片。 格芯不会追求基于EUV光刻的7纳米工艺，该工艺已经花费了15亿美元的开发成本，还需要相当数量的额外支出才能上线。台积电、英特尔和三星的财务状况都很好，足以进行冒险，这些公司希望EUV光刻机能发挥作用。格芯认定自己是一家中型芯片制造厂，永远无法使7纳米工艺在财务上可行。格芯宣布停止生产更小的晶体管，将研发支出削减三分之一，并在几年亏损后迅速实现了盈利。除了世界上最大的芯片制造商外，制造尖端处理器对每个人来说都太昂贵了，即便是拥有格芯的波斯湾王室成员的财力也不够雄厚。能够制造前沿逻辑芯片的公司数量从四家下降到三家。