光刻机，是近两年热议的话题，很多人都在说，光刻机是中国被“卡脖子”的关键技术之一。这种神秘的机器，被誉为“半导体工业皇冠上的明珠”，它是用来制造芯片的核心设备。一台最先进的极紫外（EUV）光刻机，市场售价高达1.2亿欧元，和一架波音737客机的价格差不多。有人开玩笑说，光刻机哪里是在刻芯片，简直就是在印钞票。而且，这么贵的东西，还不是你想买就能买。
《光刻巨人》这本书。这是阿斯麦公司的最新传记，详细讲述了阿斯麦公司在早期，也就是从1984年创立到1996年上市这段时间的创业故事。作者是一名荷兰的科技记者，叫瑞尼·雷吉梅克。巧的是，雷吉梅克就出生在阿斯麦公司所在的小镇上。雷吉梅克花7年时间，采访了阿斯麦的创始人和后来的多位CEO，还访谈了几十位核心员工，获得了大量第一手素材。这本书的英文版在2019年上市，是目前关于阿斯麦公司的权威传记。
光刻机的工作原理一点都不复杂。你可以把光刻机看作一台高精度的底片曝光洗印机，它负责把“底片”，也就是设计好的芯片电路图曝光到“相片纸”上。这个“底片”有一个专业名称，叫做“掩膜”，掩盖的掩，保鲜膜的膜。而这里的“相片纸”，就是制造芯片的基底材料硅晶圆；曝光完成后得到的最终“照片”，就是芯片。
光刻机是从什么时候变得复杂起来的呢？这就要说到芯片行业著名的“摩尔定律”。摩尔定律是指，每隔两年，同样大小的一块芯片上，晶体管数量会增加一倍。换句话说，芯片的性能也增加一倍。要注意的是，摩尔定律并不是客观的自然规律，而是芯片行业在激烈竞争中形成的经验规律：一旦芯片公司的研发速度落后于这个节奏，就将被无情淘汰。摩尔定律自从1965年提出后，统治了芯片行业长达半个世纪。
你有没有想起在科幻小说《三体》里，三体人用来攻击地球的“水滴”，其实就是他们制造的一种表面绝对光滑的物体。按小说里的定义，能不能制造出这么精细的东西，就是衡量一个宇宙文明高度的标志。
除了光源、镜头、对准这三大核心技术难题，还有一系列外围的技术难题，比如，比室外空气干净1万倍的超洁净厂房，防止机器抖动的磁悬浮装置，以及配套的计算光刻软件，等等。现在我们明白，为什么光刻机被称为“半导体工业皇冠上的明珠”。制造一台极紫外光刻机，就是在挑战人类工业文明的极限。
在阿斯麦刚成立的三年中，全球的芯片行业经历了一次衰退，需求暴跌。日本公司通过财团之间的抱团取暖，躲过一劫。阿斯麦在那几年还在潜心搞研发，反正没有产品卖，也不受市场萧条的影响。但是美国公司就倒霉了。以GCA公司为例。在前些年的市场繁荣期，GCA大干快上，同时上马了50多个研发项目，结果萧条期一来，资金链马上断掉，公司一蹶不振。美国公司一倒，蔡司的光刻镜头就只能卖给阿斯麦，正好缓解了镜头产能不足的压力，真是如有神助。
到1996年阿斯麦上市的时候，光刻机市场只剩三个玩家：老大尼康、老二佳能，阿斯麦排第三。这本书正文的最后一句话是，阿斯麦员工穿的T恤上写着：我们将打败日本人。
这是第一个贵人台积电，帮助阿斯麦弯道超车尼康。不过，第二个贵人英特尔更厉害，它让阿斯麦一骑绝尘，把尼康和佳能甩出了十条街。1990年代，就在尼康想出F2方案、林本坚想出浸入式方案的时候，芯片界的老大英特尔也在想办法：这么小打小闹、修修补补下去不行啊，想要在未来十年保持摩尔定律有效，必须把光刻机的波长缩小一个数量级才行。这种光就是一开始我们提到的极紫外光，它的波长只有13.5纳米，是深紫外光的1/15。
美国人对这家荷兰公司也不是特别放心，让它做出了一堆承诺，几乎把阿斯麦变成了半个美国公司。目前阿斯麦的前三大股东都是美国公司，而飞利浦几乎没有阿斯麦的股份了。这也是为什么中芯国际想买阿斯麦的极紫外光刻机，而美国人不让卖就没法卖，因为技术是人家的。
有了美国人的技术转让，再加上阿斯麦高达每年10亿欧元的研发投入，阿斯麦终于在2015年实现了极紫外光刻机的量产。而曾经的日本双雄尼康和佳能，直接放弃了极紫外光刻机的研发，退出比赛，只在中低端市场还有一点残余的份额。
从阿斯麦王者崛起的故事中我们可以看到，光刻机技术其实已经超越了企业之间的竞争，它需要从国家战略层面，在资金上、技术上集中力量、集体攻坚。那么，在这场竞争中，中国的国产光刻机处于什么位置，还没有赶超的可能？
其实，我国的光刻机技术起步并不晚，早在1977年就研制出了第一台国产光刻机，和当时世界最先进水平的差距并不大。但是后来，由于信奉“造不如买”，我国的光刻机研发陷入了停滞，直到21世纪初才又重新开始启动。
目前，中国最牛的光刻机生产商是上海微电子（SMEE），它的光刻机可以生产90纳米制程的芯片。虽然这离最先进的7纳米甚至5纳米芯片还差很远，但90纳米芯片也能够满足国防和工业的计算需求，即使真的断供，我们最多是没有最新款的手机可用，不至于国家彻底停摆。而且，5G技术的应用，也可以在一定程度上缓解芯片能力的不足。这就好比，我们没有能力造出豪华跑车，但可以把高速公路修得更好，整体车速跑起来也不会太慢。
最新消息称，上海微电子将在2021~2022年交付新一代浸入式光刻机，可以生产28纳米制程的芯片。28纳米芯片已经可以满足物联网技术需求。而且，用28纳米光刻机进行多次重复曝光，可以生产7纳米芯片，只不过速度慢一些。目前，中科院表示要带头攻坚光刻机项目，国家也对光刻机研发进行了专项拨款。中国的光刻机研发，路漫漫而修远兮，但只要坚持投入、不下牌桌，就会有赢的机会。
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