颠覆性技术有望改变未来五年尖端芯片制造方式

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【科技创新世界潮】

◎本报记者 刘 霞

芯片是全球人工智能（AI）产业与全球经济的基石，堪称当今世界最具战略意义的技术之一。然而，全球芯片供应链却脆弱而集中，被少数几家巨头牢牢把持。

美国《福布斯》双周刊网站在近期报道中指出，这种既不高效也不稳定的市场结构，为那些敢于颠覆格局的创业者和技术人员带来巨大机遇。随着新兴技术不断崛起，全球尖端芯片制造方式有望在2030年迎来巨变。

先进芯片生产集中且脆弱

AI技术热潮翻涌，对尖端芯片的需求旺盛，但全球芯片供应仍受限于几家公司的技术和产能。

最典型的例证便是光刻机。多年来，受摩尔定律驱动，芯片上的晶体管越做越小，如今已窄至几个硅原子。要精准刻画如此细微的晶体管，必须用到极短波长的光。历经数十年演进，2019年，行业正式从波长193纳米的深紫外光，切换至波长仅13.5纳米（约50个硅原子宽度）的极紫外（EUV）光。

当前，最先进芯片的生产仰仗荷兰ASML公司的EUV光刻机。这种复杂机器需要精密的反射镜、温度高达40万摄氏度的等离子体，以及每秒发射5万次的高功率激光，整机制造周期长达两年，安装更需250名工程师历时6个月协同完成，单台售价高达4亿美元。正因如此复杂与昂贵，EUV光刻机年产量极低，2023年53台，2024年44台，2025年也仅48台。

但这种垄断能维持多久？回望科技史，从施乐到IBM，再到AT&T，那些看似不可战胜的巨头，最终无不受到新兴企业与颠覆性技术的冲击。后来者凭借更低的成本、更充裕的供应和强大的迭代能力，一次次在被封锁的市场中杀出一条血路。

这些颠覆与创新的故事，也将在芯片行业重新上演，如今已初现端倪。

新兴光刻技术竞相绽放

EUV光刻虽是当下主流，却并非将微小晶体管“画”在硅片上的唯一路径。一批着眼于未来的光刻新技术，正蓄势待发。它们有望替代EUV光刻，重塑尖端芯片的制造方式。

率先登场的是原子光刻。顾名思义，它抛开“光”改用原子束在硅片上蚀刻极微小的图案。一旦成功，它能将特征尺寸在EUV光刻的基础上再缩小一至两个数量级。当EUV逼近物理极限，原子光刻却能让芯片设计师在未来数十年继续微缩晶体管。更诱人的是，原子光刻机的成本、体积和能耗仅为EUV光刻机的十分之一，零件数量更是锐减至百分之一，供应链也大为简化，堪称是一种颠覆性技术。

不过，原子光刻技术仍有一系列科学、工程与制造难题待解。

挪威初创公司Lace Lithography正全力推动其商业化，其技术旨在利用氦原子束代替光。该公司已获得Atomico和微软等公司的4000万美元风投，并于近期发表了详述技术路径的同行评审论文，计划在2029年前将原子光刻技术部署到芯片制造设施中。

另一值得关注的前沿方案是X射线光刻。它依旧沿用“光”的范式，却将其推向极致：X射线在电磁波谱中比极紫外光更靠外，波长更短（可低于1纳米），能量更强，理论上能刻画更微小的晶体管。迄今无人证明X射线光刻机能以足够低的成本和足够高的产量实现商业化。

但已有少数资金雄厚、积淀深厚的团队开始尝试。美国初创公司Substrate声称正开发X射线光刻机，近期已融资1亿美元，估值达10亿美元。与ASML向代工厂出售机器不同，Substrate的目标是成为美国领先的芯片制造商。

该领域另一个参与者是xLight，其由前英特尔首席执行官帕特·基辛格担任主席。xLight获得美国政府的大力支持，包括近期1.5亿美元的注资。与Substrate的颠覆路线不同，xLight寻求与现有生态和谐共存，开发能融入而非取代ASML等公司架构的技术。

来自中国的力量同样在挑战EUV的统治。上个月，华为宣布研发出一种新型半导体架构，无需极紫外光刻便可制造尖端AI芯片。其思路并非进一步微缩晶体管尺寸，而是重新构思芯片布局，以优化数据吞吐速度。该技术虽然尚处早期，却折射出一个更宏大的趋势，预计将成为未来芯片制造业创新的关键驱动力。

全产业垂直整合蓄势待发

对全球芯片产业更具颠覆意味的，或许是埃隆·马斯克着力打造的Terafab项目。这是一个由其旗下特斯拉、SpaceX、xAI联合英特尔共同推进的超级芯片制造计划，核心目标是在美国得克萨斯州建设全球最大芯片工厂，实现每年足以支撑1太瓦（1万亿瓦）AI算力的产能，以破解其商业帝国在AI、自动驾驶、机器人及太空计算等领域面临的芯片短缺困境。据马斯克估算，目前全球所有芯片制造设施的总产出，仅能满足其公司最终所需算力的约2%。

Terafab项目于2026年3月正式启动，预计年底试产，2028年进入量产阶段。当前芯片价值链极度分散，Terafab则计划将芯片设计、掩模制造、晶圆加工、先进封装与测试垂直整合起来，这无疑将彻底颠覆芯片行业的现行运作模式。

不过，Terafab还需跨越技术门槛、建设周期、资金投入和商业回报等多重障碍。

AI的世界，最不缺少的就是传奇。未来5年，全球芯片乃至半导体生态，有望迎来天翻地覆的变化。