應(yīng)用材料：芯片制造正在進(jìn)入“原子時(shí)代”

本文由半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)縱橫（ID：ICVIEWS）綜合

人工智能計(jì)算需求沒有放緩的跡象。

應(yīng)用材料公司作為全球半導(dǎo)體設(shè)備領(lǐng)域的關(guān)鍵玩家，近期正式推出其最新研發(fā)的具有“原子級(jí)” 精度的芯片制造設(shè)備。這家長期為臺(tái)積電、英特爾和三星等頂級(jí)芯片制造商提供支持的美國企業(yè)，此次新品發(fā)布背后，是對(duì)人工智能芯片需求持續(xù)增長的堅(jiān)定押注 —— 在全球 AI 技術(shù)飛速迭代的當(dāng)下，更強(qiáng)大的 AI 芯片需要更精密的制造工藝支撐，而應(yīng)用材料公司的新設(shè)備正瞄準(zhǔn)這一核心需求缺口。

芯片制造行業(yè)正站在技術(shù)復(fù)雜度飆升的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)。應(yīng)用材料公司半導(dǎo)體產(chǎn)品集團(tuán)總裁普拉布拉賈明確指出，當(dāng)前芯片生產(chǎn)已進(jìn)入前所未有的復(fù)雜時(shí)代，從材料沉積到晶體管構(gòu)建，每一個(gè)環(huán)節(jié)都面臨著全新的技術(shù)挑戰(zhàn)，設(shè)備制造商必須以更快的速度迭代技術(shù)，才能跟上芯片廠商對(duì)工藝精度不斷提升的要求。這種行業(yè)現(xiàn)狀并非個(gè)例，隨著AI 芯片對(duì)計(jì)算能力、能效比的要求越來越高，芯片制程不斷向 2 納米、1 納米甚至更先進(jìn)節(jié)點(diǎn)突破，傳統(tǒng)制造設(shè)備的精度上限已難以滿足需求，原子級(jí)控制逐漸成為先進(jìn)芯片生產(chǎn)的核心標(biāo)準(zhǔn)。

“當(dāng)你談?wù)撛蛹?jí)控制時(shí)，即使一埃的精度也很重要。你必須在芯片上的數(shù)十億個(gè)晶體管上復(fù)制這種精度。” 拉賈在菲尼克斯舉行的 SEMICON West 行業(yè)盛會(huì)上的這番話，精準(zhǔn)道出了當(dāng)前先進(jìn)芯片制造的技術(shù)難點(diǎn)。為了讓外界更直觀理解 “一埃” 的精度概念，行業(yè)常用具體事物進(jìn)行類比：一埃相當(dāng)于十分之一納米，一條 DNA 鏈的直徑約為 2.5 納米，COVID-19 病毒的直徑約為 100 納米，而一粒米的長度約為 500 萬納米 —— 如此對(duì)比下，一埃的精度要求堪稱 “在微觀世界中繡花”。拉賈進(jìn)一步補(bǔ)充道，先進(jìn)芯片制造如今需要在 10 納米的間隙中沉積五到六種材料，每種材料的尺寸僅為一到兩納米，這種操作難度不僅考驗(yàn)設(shè)備的硬件精度，更對(duì)軟件控制系統(tǒng)、材料兼容性等提出了極高要求。

從行業(yè)趨勢(shì)來看，全球頂級(jí)芯片制造商已開啟新一輪技術(shù)布局。臺(tái)積電、英特爾和三星等企業(yè)計(jì)劃在今年啟動(dòng)2 納米芯片的量產(chǎn)，并同步過渡到 “全柵”（GAA）這一新型晶體管架構(gòu)。GAA 架構(gòu)又稱納米片技術(shù)，其核心優(yōu)勢(shì)在于能在極其有限的空間內(nèi)構(gòu)建更復(fù)雜的晶體管結(jié)構(gòu)，通過優(yōu)化電流控制、減少漏電等問題，將更強(qiáng)大的計(jì)算能力集成到每一塊芯片上，這對(duì)于提升 AI 芯片的性能和能效比至關(guān)重要。與此同時(shí)，這些頭部廠商還在積極探索更先進(jìn)的芯片封裝方法，比如通過 3D 堆疊、Chiplet（芯粒）等技術(shù)實(shí)現(xiàn)不同芯片功能的高效互連，而這些新技術(shù)的落地，又進(jìn)一步催生了對(duì)新型制造設(shè)備的需求，形成 “技術(shù)升級(jí) — 設(shè)備需求 — 工藝突破” 的正向循環(huán)。

在這樣的行業(yè)背景下，芯片設(shè)備制造商的行業(yè)地位愈發(fā)凸顯。拉賈強(qiáng)調(diào)，當(dāng)前復(fù)雜的技術(shù)挑戰(zhàn)使得設(shè)備廠商的作用比以往任何時(shí)候都更加重要—— 芯片制造商要實(shí)現(xiàn) 2 納米制程、GAA 架構(gòu)的規(guī)模化生產(chǎn)，離不開設(shè)備廠商提供的高精度制造工具；而新型封裝技術(shù)的商業(yè)化應(yīng)用，也需要設(shè)備端提供適配的解決方案。這種深度綁定的合作關(guān)系，正在重塑半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈的協(xié)作模式，設(shè)備廠商不再是單純的 “供應(yīng)商”，而是提前參與到芯片廠商技術(shù)研發(fā)環(huán)節(jié)的 “合作伙伴”。

值得注意的是，盡管近期市場(chǎng)上存在人工智能“泡沫” 可能冷卻甚至破裂的擔(dān)憂，但美國領(lǐng)先的芯片設(shè)備制造商并未觀察到行業(yè)投資放緩的跡象，尤其是在推動(dòng)下一代人工智能計(jì)算芯片發(fā)展的領(lǐng)域。拉賈以晶圓廠建設(shè)為例說明：“人們對(duì)這個(gè)行業(yè)的信心正在增強(qiáng)…… 你清楚地看到，目前有 100 家晶圓廠正在建設(shè)中，我們認(rèn)為（對(duì)人工智能計(jì)算的）需求不會(huì)放緩。” 這種信心并非盲目樂觀，而是基于 AI 技術(shù)應(yīng)用場(chǎng)景的持續(xù)拓展 —— 從自動(dòng)駕駛、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)到醫(yī)療診斷、生成式 AI，越來越多的領(lǐng)域開始依賴高性能 AI 芯片，而這些場(chǎng)景的商業(yè)化落地，需要長期、穩(wěn)定的芯片產(chǎn)能支撐，這也為設(shè)備廠商帶來了持續(xù)的市場(chǎng)需求。

應(yīng)用材料公司企業(yè)戰(zhàn)略與發(fā)展集團(tuán)副總裁特里斯坦?R?霍爾特曼則從更長期的視角分析了行業(yè)前景。他認(rèn)為，人工智能的應(yīng)用領(lǐng)域本質(zhì)上是無窮無盡的，而構(gòu)建支撐 AI 技術(shù)的基礎(chǔ)設(shè)施，包括芯片制造、算力網(wǎng)絡(luò)等，可能需要長達(dá) 30 年的時(shí)間。“我們認(rèn)為，我們正處于一個(gè)長達(dá)數(shù)十年的建設(shè)過程的早期階段。” 霍爾特曼的觀點(diǎn)，也反映出頭部設(shè)備廠商對(duì) AI 產(chǎn)業(yè)鏈長期價(jià)值的判斷 —— 短期的市場(chǎng)波動(dòng)不會(huì)改變 AI 技術(shù)對(duì)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的深遠(yuǎn)影響，而作為產(chǎn)業(yè)鏈上游的設(shè)備環(huán)節(jié)，將在這一長期建設(shè)過程中持續(xù)受益。

具體到應(yīng)用材料公司的業(yè)務(wù)表現(xiàn)，受對(duì)AI 芯片制造需求增長的推動(dòng)，該公司所有先進(jìn)領(lǐng)域的收入均呈現(xiàn)增長態(tài)勢(shì)，覆蓋先進(jìn)封裝、精密互連、尖端邏輯芯片制造以及內(nèi)存芯片制造等關(guān)鍵板塊。為進(jìn)一步鞏固市場(chǎng)優(yōu)勢(shì)，應(yīng)用材料公司此次推出的全新先進(jìn)芯片制造工具系列，重點(diǎn)聚焦三大核心領(lǐng)域：其一，業(yè)界首個(gè)集成式芯片到晶圓混合鍵合系統(tǒng)，該系統(tǒng)能有效提高芯片封裝和先進(jìn)存儲(chǔ)器堆疊的功率效率與性能，解決傳統(tǒng)封裝方式下信號(hào)延遲、功耗過高的問題；其二，新型材料沉積系統(tǒng)，專門用于幫助芯片廠商構(gòu)建 GAA 晶體管，通過精準(zhǔn)控制材料沉積的厚度和均勻度，保障 GAA 架構(gòu)的性能穩(wěn)定性；其三，提供亞納米成像的計(jì)量工具，可協(xié)助芯片廠商進(jìn)行前沿技術(shù)研發(fā)，并提升復(fù)雜邏輯芯片、高帶寬存儲(chǔ)器芯片以及 3D 芯片堆疊的生產(chǎn)質(zhì)量，確保每一顆芯片都符合原子級(jí)精度的制造標(biāo)準(zhǔn)。

這種技術(shù)層面的深度協(xié)作，也改變了應(yīng)用材料公司與客戶的合作模式。拉賈提到：“現(xiàn)在技術(shù)變得非常復(fù)雜，這改變了人們與芯片設(shè)備制造商的合作方式，客戶現(xiàn)在很早就與我們合作了。” 以往，芯片廠商通常在確定技術(shù)路線后再尋找設(shè)備供應(yīng)商，而如今，雙方會(huì)在技術(shù)研發(fā)初期就展開對(duì)接，設(shè)備廠商根據(jù)芯片廠商的工藝需求定制解決方案，甚至參與到技術(shù)難點(diǎn)的攻克中，這種 “前置化” 合作不僅提高了技術(shù)落地效率，也讓設(shè)備廠商與客戶形成了更緊密的綁定。

從客戶覆蓋來看，應(yīng)用材料公司的產(chǎn)品已服務(wù)于全球所有主要芯片制造商，包括臺(tái)積電、英特爾、三星、SK 海力士、Rapidus 以及美光等，這些客戶在全球半導(dǎo)體市場(chǎng)占據(jù)重要份額，其技術(shù)布局和產(chǎn)能擴(kuò)張直接帶動(dòng)了應(yīng)用材料公司的業(yè)績(jī)?cè)鲩L。不過，受美國出口管制政策影響，應(yīng)用材料公司此次推出的先進(jìn)芯片制造工具將無法提供給中國客戶。拉賈對(duì)此解釋道：“說到中國，我認(rèn)為限制是針對(duì) 14 納米以下的工藝，這在某種程度上告訴我們，在工藝復(fù)雜的地方，我們無法與他們合作。” 他同時(shí)補(bǔ)充，目前全球大多數(shù)先進(jìn)節(jié)點(diǎn)的開發(fā)工作都發(fā)生在中國以外的地區(qū)，這也使得出口管制對(duì)應(yīng)用材料公司核心業(yè)務(wù)的短期影響相對(duì)有限。

根據(jù)應(yīng)用材料公司最新發(fā)布的財(cái)報(bào)，該公司預(yù)計(jì)受中國出口限制影響，2026 財(cái)年?duì)I收將減少 6 億美元。盡管存在這一外部變量，但市場(chǎng)對(duì)應(yīng)用材料公司的長期發(fā)展仍保持信心，截至目前，該公司股價(jià)今年迄今已上漲 30% 以上。

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