882: 40x Hotter Than the Sun: The ASML Machines That Make AI Chips
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这是关于 ASML 的第 882 集。♪

大家好，欢迎收听另一期超级数据科学播客。我是你们的主人 Jon Krohn，今天我们将深入探讨对人工智能未来至关重要的事情，而你可能以前从未想过。那就是使人工智能芯片成为可能的机器。当我们谈论人工智能的进步时，我们经常关注模型、算法和软件的突破。但是，一个引人入胜的硬件故事正在展开，它将决定未来几十年人工智能的发展轨迹。在

这个故事的核心是一家名为 ASML 的荷兰公司，其总部位于荷兰埃因霍温小镇郊外。如果你想知道 ASML 代表什么，实际上，今天什么也不代表。但该公司成立时，它代表的是先进半导体材料光刻技术。所以，就是这样。

ASML，也就是他们今天的名字，制造光刻机。这意味着极其复杂的工具，可以将微小的电路图案打印到半导体晶圆上。

ASML 的最新产品令人难以置信。它是一个 150 吨重的巨人，大约相当于两个集装箱的大小，价格为 3.5 亿美元。更重要的是，ASML 是世界上唯一能够制造这些机器最先进版本的公司，这些机器生产的是最先进的人工智能芯片，为 NVIDIA 生产的 GPU 等提供动力。

这些机器背后的技术，ASML 机器背后的技术几乎超出了人们的理解能力。ASML 的极紫外光刻机将 50,000 滴熔融锡射入真空室。每一滴锡都会被激光击中两次，第一次是将液滴压平成薄饼，第二次是将其完全汽化。

你为什么要这么做？好吧，听起来很复杂，对吧？它具有疯狂的效果，因为这个过程……

产生等离子体，温度接近 220,000 摄氏度。很大的数字，对吧？在上下文中这意味着什么？这个数字，220,000 摄氏度，大约是太阳表面温度的 40 倍。所以这真的很疯狂。这个过程产生具有极短波长的极紫外光，然后由一系列镜子反射，这些镜子的光滑程度以万亿分之一米来衡量其缺陷。

光线聚焦到包含芯片电路蓝图的模板上，最后投射到硅晶圆上，从而印上设计。如果您想了解更多关于硅晶圆的信息，请查看本播客的第 875 集，我们最近播出了这期节目。无论如何，ASML 制造的这项技术奇迹使台积电、三星和英特尔等公司能够生产最先进的处理器，这些处理器为从人工智能加速器（如 GPU）到智能手机的一切设备提供动力。

今天没有其他公司能够制造出能够可靠地打印具有当今最小特征尺寸的芯片的机器。小于 7 纳米。即使对于更成熟的技术，ASML 的工具实际上也占据了超过 90% 的市场份额。所以这不仅仅是，ASML 不仅仅是关于这种超级超级尖端的东西。他们在这些半导体制造机器方面占据主导地位。为了……

更透彻地了解 7 纳米的意思以及 ASML 可以制造的这些微芯片是什么。现代微芯片就像电子千层面一样。它具有晶体管的底层，上面覆盖着铜线层，这些铜线层负责传输数据和电力。当今的领先处理器可以封装超过 1000 亿个晶体管，包含超过 70 层这种电子千层面。而这对我来说是最疯狂的事情。

它有超过 100 公里的线路。我们在这里谈论的是一块大约是标准美国邮票大小 1.5 倍的硅片。所以基本上，就像邮票大小的东西，里面有 100 公里的线路。这对我来说完全是疯狂的。一个硅晶圆，所以这种大的……

大片，有点像黑胶唱片，我们在 8.75 中再次讨论过。因此，由这些 ASML 机器加工的这种大型硅晶圆可以包含数百个这种单独的芯片，大约是邮票大小，每个芯片都有 100 公里的线路。太疯狂了。

显然，这很复杂。这项技术的复杂性使 ASML 成为全球技术竞争的中心。为了阻止中国制造先进的人工智能芯片，美国禁止 ASML 向中国芯片制造商出售其最先进的设备。作为回应，中国正在投资数十亿美元来开发国产替代品。与此同时，你可能从数码相机那里认识到的日本竞争对手佳能，

或者数码相机的名字，佳能正在押注一种不同的、可能更便宜的技术，称为纳米压印光刻技术，以挑战 ASML 的主导地位。但关键的见解在于，与软件行业领导地位可能在几个月内发生变化不同，光刻技术的成功是以几十年来衡量的。ASML 花了 20 年时间完善其生产极紫外光（EUV 光）的方法。

复制这一成就并非易事，无论你投入多少钱。这就像那句老话，你知道，你不能让，九个女人不能在一个月内生一个孩子，呃，

就是这样。ASML 也并没有止步不前。他们最新的系统称为高数值孔径 EUV（极紫外光），使用孔径为 0.55 的镜子，可以打印小至 8 纳米的特征。为了做得更小，他们正在研究他们所谓的超高数值孔径，这可以将孔径提高到超过 0.75。

这带来了巨大的工程挑战。当 ASML 将数值孔径从 0.33 增加到 0.55 时，镜子的尺寸增加了一倍，重量增加了 10 倍，现在重达数百公斤。再次增加它只会增加更多的体积和功耗问题。一些研究人员已经在计划超越这一点，超越极紫外光，目标波长约为 6 纳米。这需要在光源、光学器件和晶圆上的感光涂层方面取得突破。但是……

许多人认为这是一个 B 计划，只有当刚才描述的具有更大孔径的超高数值孔径方法未能实现时才会采用。好了，现在让我们快速谈谈中国。因此，中国被切断了最先进的工具，正试图从仍然可以进口的旧 ASML 机器中获得更多收益。

一种方法是多图案化，它将图案分解成多个蚀刻阶段，允许机器打印细节的两倍或四倍。虽然这很有效，但它增加了复杂性并减慢了生产速度。中国还在努力制造自己的光刻工具，据报道，一家国有公司在制造能够生产 28 纳米芯片的机器方面取得了进展，你知道，这比 ASML 落后了很多年，但中国正在迅速赶上。

开发像 ASML 今天这样的极紫外系统将是一个完全不同的挑战，需要中国复制 ASML 拥有 5000 多家专业供应商的庞大供应链。最后，回到佳能。

在日本，佳能的替代方法纳米压印光刻技术将电路图案直接印在晶圆上，就像印刷机一样。理论上，这可以以比 ASML 机器低约 40% 的成本创建具有纳米精度的特征。然而，佳能在缺陷、对准精度和生产速度方面面临着巨大的挑战。所以，所以到目前为止，

它在半导体制造以外的领域取得了更大的成功，尤其是在制造智能手机显示屏和内存芯片方面，在这些领域，更高的缺陷率比半导体行业更易于容忍。好了，希望这是一个关于 ASML、其竞争对手、他们做什么、他们要去哪里以及这些光刻机如何工作的有趣概述。

这场技术竞赛的结果将最终决定人工智能的未来。更先进的光刻工具能够生产更快、更节能的芯片，能够为新一代人工智能模型提供动力。虽然 ASML 目前拥有世界上最重要的机器的桂冠，但控制将塑造计算未来的技术的战斗远未结束。

如果您对支持人工智能进步的计算机硬件的来龙去脉感兴趣，那么这绝对是一个值得关注的领域。该领域正在发生的创新对于人工智能的未来与我更经常在本节目中讨论的软件和算法突破一样至关重要。好了，今天的节目就到这里。如果您喜欢它或认识可能喜欢它的人，请考虑与他们分享这期节目。在您最喜欢的播客平台上留下对节目的评论。在 LinkedIn 或 Twitter 上发布您的想法并标记我。如果您还没有订阅该节目，请务必订阅。

然而，最重要的是，我们希望您能继续收听。直到下次，继续摇滚吧，我期待着很快与您一起再次享受超级数据科学播客。