一個輟學(xué)生，竟同時向ASML和臺積電發(fā)起挑戰(zhàn)。過去十年，半導(dǎo)體生產(chǎn)由一臺校車大小的機器承擔(dān)，它在耗資250億美元的無菌工廠內(nèi)，利用光將圖案蝕刻到硅晶片上。這臺由荷蘭公司ASML生產(chǎn)的機器，對智能手機、人工智能系統(tǒng)中的芯片至關(guān)重要，華盛頓甚至限制了其銷售。

然而，沒有大學(xué)學(xué)位的美國人James Proud宣稱，他的公司Substrate已從投資者處獲得超1億美元資金，并開發(fā)出能將制造成本降低一半的解決方案。該方案是把來自粒子加速器的巨型儀器的光線引導(dǎo)到一個汽車大小的工具中。據(jù)介紹，這項技術(shù)能讓Substrate公司打印出高分辨率的微芯片層，其分辨率可與世界領(lǐng)先半導(dǎo)體工廠生產(chǎn)的圖像相媲美。

James Proud表示：“我計劃打造替代荷蘭ASML公司先進光刻機和臺積電大型制造廠的產(chǎn)品。”他還稱，實現(xiàn)這些目標將耗資“數(shù)十億美元”。

一家Peter Thiel支持的企業(yè)

雖然James Proud并不知名，但他的支持者卻聲名遠揚。Substrate的投資者包括Peter Thiel的Founders Fund、General Catalyst和In - Q - Tel（一家為美國國防和情報機構(gòu)資助新技術(shù)的政府非營利組織）。本輪融資對該公司的估值超10億美元。

不過，即便獲得投資，這家初創(chuàng)公司仍面臨政府科學(xué)家和整個半導(dǎo)體行業(yè)的質(zhì)疑，他們懷疑該公司能否在計劃生產(chǎn)首批芯片的三年內(nèi)復(fù)制復(fù)雜且資本密集型的半導(dǎo)體供應(yīng)鏈。

該公司稱，已徹底改造微芯片生產(chǎn)過程中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，并計劃利用創(chuàng)新在美國建立制造工廠。其雄心勃勃的計劃引起了特朗普政府的關(guān)注，特朗普政府將減少美國對海外供應(yīng)商的依賴視為緊迫的國家安全優(yōu)先事項。

2011年，Proud作為首屆泰爾獎學(xué)金項目（Thiel Fellowship）成員從倫敦搬到舊金山。該項目由風(fēng)險投資家彼得·泰爾（Peter Thiel）創(chuàng)立，旨在為有抱負的創(chuàng)業(yè)者提供大學(xué)替代方案。Proud賣掉了第一家?guī)椭鷺访詫ふ液唾徺I音樂會門票的服務(wù)公司，但第二家生產(chǎn)睡眠追蹤設(shè)備的初創(chuàng)公司Hello，在將部分技術(shù)出售給Fitbit后倒閉。

2019年，Proud開始創(chuàng)辦支持設(shè)備制造商的初創(chuàng)企業(yè)，并研究半導(dǎo)體供應(yīng)鏈。同年，他加入美國國籍，為特朗普第一屆政府起草政策文件，呼吁為美國芯片制造業(yè)打造“曼哈頓計劃”。他曾對政府官員表示：“這將是一個問題，而且會變得更糟?！?/p>

在特朗普政府說服臺積電在亞利桑那州建廠后，Proud決定創(chuàng)辦自己的公司。他和弟弟奧利弗開始閱讀有關(guān)半導(dǎo)體光刻的書籍和學(xué)術(shù)論文，質(zhì)疑為何該工藝如此復(fù)雜和昂貴。

現(xiàn)代光刻機有超10萬個零件，主要成本之一是用高功率激光器將熔融的錫滴轉(zhuǎn)化為極紫外光，利用這種光刻技術(shù)蝕刻硅晶片，即EUV光刻。另一個未商業(yè)化的工藝涉及粒子加速器，它可作為光源在晶圓上形成圖案，即X射線光刻，ASML曾測試但最終放棄。

Proud兄弟認為，通過定制的粒子加速器和光刻工具，該工藝可以實現(xiàn)商業(yè)化。2022年1月，他們在舊金山共同創(chuàng)立了Substrate公司。Proud先生此前未使用過粒子加速器，于是聘請了粒子物理學(xué)家和曾在美國國家實驗室使用過粒子加速器的光學(xué)專家，團隊后來擴大到50人，其中包括來自臺積電、IBM和谷歌的工程師。

Substrate的運營場地位于舊金山設(shè)計區(qū)附近的工業(yè)倉庫，倉庫被一面12英尺高的美國國旗一分為二，訪客等候區(qū)擺放著《下一場大戰(zhàn)：美國及其盟友能否戰(zhàn)勝中國？》等書籍。

一個不算創(chuàng)新的方案

有半導(dǎo)體工程師指出，Substrate可能面臨挑戰(zhàn)，其計劃用粒子加速器為多個工具提供單一光源，雖可降低成本，但一旦加速器故障，工廠可能停工。

兩位了解機密審議情況的人士稱，這種擔(dān)憂導(dǎo)致拜登政府拒絕了Proud最初從《芯片法案》申請撥款超10億美元的請求，該法案旨在補貼美國芯片制造業(yè)。但Proud表示，美國商務(wù)部從未正式拒絕Substrate的請求。

過去幾年，該公司大力推進項目。2023年，團隊花大部分時間打造定制光刻工具，該工具含數(shù)千個零件，體積小巧可裝進U - Haul卡車后備箱，并在計算機模擬中進行了測試。

2024年初，Substrate公司預(yù)訂灣區(qū)的粒子加速器進行關(guān)鍵測試。普勞德稱，當(dāng)時加速器附近的震動導(dǎo)致圖像模糊，經(jīng)一整天排查，發(fā)現(xiàn)是空調(diào)系統(tǒng)導(dǎo)致振動。公司調(diào)整風(fēng)扇轉(zhuǎn)速后，在硅片上“反復(fù)打印出非常漂亮、非常微小的東西”。

他們希望將專有的粒子加速器與定制光刻機結(jié)合取得成功。從證明工藝有效到實現(xiàn)商業(yè)化，還有漫長道路。成功取決于初創(chuàng)公司能否克服建廠、尋找客戶和規(guī)?；a(chǎn)等商業(yè)障礙。

此后，團隊建造了更復(fù)雜的工具，打印出與最新尖端芯片制造工藝分辨率匹配的圖像。經(jīng)過三年秘密研發(fā)，Substrate的產(chǎn)品問世。

Proud對Substrate的流程守口如瓶，拒絕透露測試用的粒子加速器及定制組件信息。他表示，Substrate在效仿不公開研究成果的人工智能公司。

可以確定的是，Substrate的技術(shù)用粒子加速器作為基于X射線的光刻系統(tǒng)光源，用比ASML最新“極紫外”機器更短波長的光將電路印在硅上。Substrate聲稱其機器能打印12納米特征，與ASML的高NA EUV機器相當(dāng)，這使其設(shè)備可與最先進生產(chǎn)線相提并論。

此前，Substrate已在美國國家實驗室演示該系統(tǒng)，在晶圓上創(chuàng)建了復(fù)雜圖案，Proud稱其分辨率可與ASML最新“高數(shù)值孔徑”EUV設(shè)備媲美，適合生產(chǎn)2納米工藝節(jié)點的芯片，且計劃使用現(xiàn)有芯片制造設(shè)備。

Substrate強調(diào)不使用外部生產(chǎn)的光刻工具或知識產(chǎn)權(quán)，“已建立差異化技術(shù)，與其他半導(dǎo)體公司無重疊”。若成功推向市場，其X射線光刻設(shè)備將比大型ASML機器更便宜、更小。該初創(chuàng)公司稱技術(shù)可行，擁有打印比例等于或優(yōu)于最新ASML機器的芯片層圖像。

不過，分析師指出，Substrate的X射線方法此前嘗試過但未成功，且該公司缺乏行業(yè)支持。

另一個目標是成為臺積電？

除挑戰(zhàn)ASML，Substrate還希望建立美國代工廠，生產(chǎn)定制半導(dǎo)體。Proud稱，按計劃其機器未來“幾年”將在美國芯片制造廠或晶圓廠投入生產(chǎn)。隨著業(yè)務(wù)擴展到多個工廠，建立“更垂直整合”的代工廠需籌集“數(shù)十億美元——有時甚至是數(shù)百億美元，甚至數(shù)千億美元”。

去年，該公司開始為第一家工廠選址，已與德克薩斯農(nóng)工大學(xué)洽談，計劃在校區(qū)建造粒子加速器和工廠，投資額約100億美元。Proud還與英特爾就其技術(shù)進行了初步討論，但英特爾拒絕置評。

這家公司的做法備受質(zhì)疑。但創(chuàng)始人基金合伙人Trae Stephens表示：“這些是歷史上重要時刻，必須把握好。美國政府需確保半導(dǎo)體供應(yīng)鏈可靠且有彈性，這正是James抓住的時機?！彼J為，與其他芯片初創(chuàng)公司相比，Substrate有機會分得一杯羹，若成功將是重大勝利。

當(dāng)被問及未來挑戰(zhàn)時，Proud先生十分憤怒。他回憶，曾有人稱另一種光刻工藝無法實現(xiàn)，但他堅持推進，因為“如果不這樣做，后果將是災(zāi)難”。他說：“如果你只有兩個糟糕的選擇，你就需要去創(chuàng)造第三個更好的選擇?！?/p>

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