沒有大學文憑，沒有半導體經驗，他的公司要挑戰ASML和臺積電

10 月 28 日，一家名為 Substrate 的神秘硅谷初創公司突然浮出水面，宣稱已開發出能夠與荷蘭巨頭 ASML 競爭的光刻技術。

這家成立僅三年的公司剛剛完成 1 億美元種子輪融資，估值已超過 10 億美元，投資方包括彼得·蒂爾的 Founders Fund、General Catalyst、Valor Equity Partners 等知名機構，甚至還有美國中央情報局支持的非營利組織 In-Q-Tel 參與其中。這筆資金將用于支持 Substrate 打造一種全新的芯片制造方法，目標是將先進制程的成本降低一半，并最終在美國本土建立完整的晶圓廠。

提出這個宏大計劃的人是 34 歲的英裔美國人詹姆斯·普勞德 (James Proud)。他沒有大學文憑，更沒有半導體行業經驗，卻正試圖挑戰全球最復雜的制造業之一。今年 3 月，普勞德坐在美國副總統 JD·萬斯的辦公室里，向其解釋 Substrate 如何利用粒子加速器開發出一種替代性的半導體制造工藝。當萬斯問他何時做到這一點時，普勞德回答說：“我只能說，疫情期間我過得很充實。”

圖丨詹姆斯·普勞德（來源：Substrate）

普勞德的創業履歷頗為曲折。2011 年，還是少年的他成為彼得·蒂爾獎學金項目（Thiel Fellowship）首批成員，這個項目為 20 歲以下的年輕創業者提供 10 萬美元資助，條件是放棄或跳過大學教育。

普勞德的第一家公司 GigLocator 是一個演唱會信息聚合網站，17 歲時創立，2012 年即被出售。第二次創業讓普勞德嘗到了成功的滋味，也體會了失敗的苦澀。2012 年他創立 Hello 公司，開發了一款名為 Sense 的睡眠追蹤設備——一個網球大小的智能球體，放在床頭柜上監測睡眠環境。

圖丨普勞德的第二次創業推出的產品（來源：Hello）

這家公司曾是硅谷的明星創業項目，在 Kickstarter 上籌集了 240 萬美元，后續又獲得新加坡淡馬錫控股等機構的 4,000 萬美元投資，估值一度達到 2.5 億至 3 億美元。

然而好景不長，2017 年 6 月，Hello 在經歷五年運營后突然宣布關閉，公司試圖將產品推向 Best Buy 和 Target 等零售渠道，卻在供應鏈管理、市場營銷等環節遭遇滑鐵盧，最終連賬單都付不起。與 Fitbit 的收購談判也未能達成。

Hello 的失敗并未擊垮普勞德。2023 年他還推出過 Config，一個面向硬件團隊的協作平臺，試圖解決他在 Hello 遇到的硬件開發協調問題。

但真正讓他找到人生使命的，是對半導體產業鏈的深入研究。2019 年前后，普勞德開始關注全球芯片供應鏈的地緣政治風險。那一年，他成為美國公民并放棄英國國籍，還為特朗普第一屆政府撰寫政策文件，呼吁啟動芯片制造的“曼哈頓計劃”。

眾所周知，當下全球先進芯片制造完全依賴于 EUV 極紫外光刻（Extreme Ultraviolet Lithography）技術。ASML 的 EUV 光刻機是校車般大小的精密儀器，使用高功率激光將熔融錫液滴轉化為極紫外光，在硅片上蝕刻出納米級電路。這些機器每臺售價約 4 億美元，復雜程度令人咋舌，包含超過 10 萬個零部件。ASML 在這個領域擁有 100% 的市場份額，沒有任何競爭對手。

Substrate 的技術路線則走向了另一個方向：X 射線光刻。通過粒子加速器產生更短波長的 X 射線作為光源，再通過定制的光刻工具將圖案投射到硅片上。普勞德聲稱這種方法能創造出更窄的光束，實現與 ASML 最先進 High NA EUV 機器相當的 12 納米特征分辨率。如果這一切屬實，Substrate 的設備不僅體積更小，成本也將大幅降低。

那么，Substrate 憑什么認為自己能成功？普勞德組建了一支約 50 人的團隊，成員來自美國勞倫斯利弗莫爾國家實驗室等頂尖研究機構，其中一些人在 1980 年代就參與了 EUV 技術的早期研發。團隊還包括來自臺積電、IBM、AMD、蘋果、應用材料和高通等公司的工程師。其聲稱其技術完全自主研發，不使用任何外部的光刻工具或知識產權。

另外，Substrate 聲稱從創立之初就大量使用 AI 加速他們的研發流程。“我們利用 GPU 和 TPU 構建端到端物理仿真系統，涵蓋從粒子加速器、光學系統到最終晶體管設計的全流程，將原本需要數年才能解決的問題壓縮到幾天內完成。這種 AI 驅動的研發方式，讓一家初創公司得以用遠低于傳統方式的時間和成本推進技術迭代。”官網寫道。

2024 年初，Substrate 在灣區一個粒子加速器設施進行了關鍵測試。過程并不非常順利，粒子加速器附近的振動導致設備晃動，圖像模糊。經過一整天瘋狂排查團隊才發現罪魁禍首是空調系統。調整風扇轉速后，設備終于在硅片上重復打印出“非常精美和微小的東西”，普勞德如是說。

IBM 前半導體制造技術先驅約翰·凱利 (John E. Kelly) 審閱了這些圖像后評價說它們“極其出色、極其清晰”，證明了一個非常復雜的技術過程確實可行。但凱利也指出，Substrate 還需要跨越更艱巨的障礙：建造數十億美元的工廠、尋找客戶、從老牌公司獲得某些技術授權。“他現在在第一個大本營，”凱利用登珠峰比喻，“距離登頂還有很長的路。”

甚至，Substrate 的野心還遠不止制造光刻機。其終極目標是建立完全垂直整合的芯片制造供應鏈，從設備生產到晶圓制造全部自己掌控。這與當今行業的專業化分工模式完全相反，通常由 ASML 提供設備，臺積電負責制造，英偉達等公司做設計，各司其職。

普勞德認為垂直整合能顯著降低成本，因為可以內部制造所需工具，并使用更簡化的工藝。他聲稱 Substrate 的光刻技術無需多重曝光（multi-patterning），而這正是當前先進制程的主要成本來源之一。

然而質疑聲同樣強烈。Bernstein 分析師戴維·代（David Dai）在研究報告中指出，X 射線光刻方法以前就有人嘗試過，但都沒成功（ASML 自己也曾測試過這條技術路線，最終放棄了）。

更重要的是，Substrate 缺乏行業支持。如果真相信自己的技術，唯一可行的辦法是圍繞它建立生態系統，讓整個行業協同工作。但 Substrate 選擇同時扮演 ASML 和臺積電的角色，這消除了任何生態系統合作的可能。

Substrate 聲稱其光刻技術能以與 ASML 最先進機器相當的分辨率打印圖像，但專家質疑公司能否在大規模生產所需的大面積硅片上保持這種精度，并以極高速度運行。專家們指出，呈現幾張高質量的測試圖像是一回事，在 300 毫米晶圓上以每小時數十片的速度穩定重復則完全是另一回事。這需要解決熱管理、振動控制、光學系統穩定性等一系列工程難題，而這些正是 ASML 花費數十年才攻克的。

（來源：Substrate）

盡管面臨重重質疑，Substrate 已經吸引了美國政府的高度關注。特朗普政府將半導體生產視為國家安全優先事項，最近甚至指示政府購入英特爾股份。商務部長霍華德·盧特尼克（Howard Lutnick）曾多次與普勞德會面，Substrate 也與商務部、能源部等機構進行了討論。不過，拜登政府最初對 Substrate 的態度其實較為謹慎。

據兩位知情人士透露，拜登政府擔心 Substrate 計劃使用單一粒子加速器為多臺光刻設備同時提供光源，這雖然能降低成本，但一旦發生故障可能導致整個工廠停工。因此當初抵制了普勞德請求的超過 10 億美元 CHIPS 法案資金。普勞德回應說商務部從未正式拒絕申請，公司的制造流程設計也考慮了避免停機時間。

高能 X 射線束專家、美國橡樹嶺國家實驗室主任斯蒂芬·斯特賴弗（Stephen Streiffer）卻對 Substrate 的技術持樂觀態度，認為這給了美國奪回半導體市場的機會。“這是一項具有國家重要性的工作，他們知道自己在做什么，”他評價道。

普勞德本人對此使命感很強。他認為光刻和先進芯片制造曾是明確的美國技術，卻被輕率地讓給了競爭對手。在他看來，在這些領域落后于競爭對手將是災難性的錯誤。“這就是我說的意識形態驅動，”普勞德說道，“科技行業里賺錢的門路多得是，但很少有人會選擇我們這么難走的路。”

Substrate 目前已開始為第一座工廠選址，與德克薩斯農工大學大學討論在其校園建造粒子加速器和工廠，預算約 100 億美元。公司還與英特爾就技術問題進行了初步討論，盡管英特爾拒絕置評。

圖丨Substrate 工廠渲染圖（來源：Substrate）

普勞德表示，按照目前計劃，設備可能在“幾年內”在美國芯片制造廠投入生產，公司目標是 2028 年生產出第一批芯片。這個時間表在行業人士看來過于樂觀。即便技術完全成熟，Substrate 還需要組建完整的供應鏈，開發可與臺積電 2 納米工藝媲美的制造流程，建立客戶基礎，實現規模化生產。每一步都需要數年時間和數十億美元投入。

Substrate 的故事也折射出美國芯片產業的焦慮與雄心。從普勞德這個沒有行業背景的連續創業者，到蒂爾、CIA 機構等愿意支持高風險嘗試的資本，再到政府高層的關注，各方都在尋找打破現有壟斷格局的可能性。

X 射線光刻不是一個新概念，幾十年來科學家多次嘗試都未能商業化，但在當前地緣政治緊張、供應鏈脆弱性凸顯的背景下，這條被放棄的技術路線重新獲得了機會。除了 Substrate，灣區還有另一家名為 xLight 的公司也在研究用粒子加速器為未來 ASML 設備提供主要光源，日本研究人員同樣在探索相關技術。

成功的概率有多大？大多數行業專家會說微乎其微。芯片制造的壁壘不只是技術，更是數十年積累的工藝經驗、供應鏈網絡、人才儲備和資本密集度。ASML 的 EUV 技術花了近二十年和數百億美元才成熟，臺積電的領先地位同樣建立在持續的巨額投入之上。一家初創公司要在幾年內復制這些成就，聽起來確實有點天方夜譚。

更何況，即便 Substrate 的光刻設備真能達到宣稱的性能，它還需要整合數百種其他半導體制造工藝和設備——從化學氣相沉積到離子注入，從化學機械拋光到測試封裝——每一個環節都有各自的技術門檻和供應商壟斷。

對此，普勞德的回應是：正因為他沒有行業背景，所以沒有被傳統思維束縛。“如果我來自現有行業，我可能不會相信這是可能的，因為我可能太清楚這有多難了”。

對于押注 Substrate 的投資人來說，他們顯然相信有些游戲規則需要被打破。正如 General Catalyst 董事總經理保羅·寬（Paul Kwan）所說：“打破這個僵局的唯一辦法，就是用一種截然不同的方式，從一張白紙開始。只有這樣，你才能戰勝這一切看似瘋狂的挑戰。”

參考資料：

1.https://substrate.com/our-purpose

2.https://www.nytimes.com/2025/10/28/business/can-a-start-up-make-computer-chips-cheaper-than-the-industrys-giants.html

3.https://www.bloomberg.com/news/articles/2025-10-28/what-is-substrate-a-thiel-backed-chip-startup-seeking-to-crack-asml-s-dominance?srnd=phx-technology

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