战略投入与制造业生态体系：ASML光刻机崛起的启示

严鹏

信息化依赖于硬件设备来实现，必须与工业化相融合，制造业的发展对于信息产业仍然具有重要意义。芯片是信息产业的基础，光刻机是用来制造芯片的关键设备。近年来，中国的信息技术产业得到长足发展，华为等公司已经具备较强的芯片设计能力，但中国的制造业尚无法将芯片设计有效转化为产品，其中的困难就包括缺乏光刻机等核心设备。目前，全球的高端光刻机几乎被荷兰ASML（阿斯麦）公司所垄断。ASML光刻机的禁止出口，给中国的芯片生产造成了极大的障碍。为了解决“卡脖子”问题，中国工业必须攻克光刻机等关键设备的制造，而ASML本身的崛起历程，仍是一场典型的制造业“工匠革命”，提供了具有借鉴作用的启示。ASML的历史经验表明，中国必须通过创新主体的战略投入和培育制造业生态体系来实现在半导体设备领域的追赶。

一、创新主体与技术传承是ASML成功的起点

尽管信息技术产业有别于制造业，但信息技术产业的硬件基础仍然需要制造业部门来提供，而一国制造业的发展基础与生态体系，就成为促进或制约该国信息技术产业的重要变量，也就在很大程度上影响着该国的信息化进程。半导体产业于20世纪50年代兴起后，经过几十年的演化，已经成为一个高度全球化的产业，流行着设计与制造分离的“无厂模式”。所谓的无厂模式，其实遵循着经济学最基本的分工原理，即让半导体生产不同环节的企业充分专业化，发挥其比较优势，从而达致效率最优。这种分工使得台积电等芯片代工厂（foundry）能够充分实现规模经济，但也形成了具有壟断性的高进入壁垒，使后来的追赶者想要发展自身的芯片制造能力面临着成本过高的困境。于是，中国大陆等后发展经济体的企业进入半导体产业，充分融入全球化的产业链，优先发展设计能力，是符合市场经济逻辑的理性选择。而在这条产业链上，台积电的设备供应商ASML同样在长期演化过程中构筑起了高进入壁垒，形成几乎一家独大的市场格局。

在全球化运转正常的情况下，中国大陆的华为等企业融入既存的全球半导体产业链，主攻芯片设计与系统集成，而将芯片制造委托给代工厂，毫无问题。但2018年以来的国际政治局势搅乱了全球经济分工与国际大循环，中国大陆企业遭遇技术封锁，芯片设计无法在制造层面实现。半导体制造业与半导体设备制造业在中国的制造业生态体系中均是薄弱环节，一旦中国所无法制造的半导体设备进口渠道被切断，中国的半导体制造企业就因为缺乏设备而无法生产，而海外代工企业慑于霸权国家的威胁也不敢为中国企业代工，中国的半导体企业就无法得到芯片供应。追根溯源，在这一链条上，半导体企业依赖半导体制造企业，而半导体制造企业又依赖半导体设备制造企业。作为最关键的半导体设备供应商，ASML自然成为焦点。更为明确地说，ASML就是当下中国制造业必须对标并学习的企业。探究ASML的成功之道，可以为中国发展半导体设备制造业提供最直接的经验借鉴。

在20世纪信息产业的发展浪潮中，欧洲相对于美国和日本较为弱势，但ASML能成为全球半导体产业中不可或缺的关键供应商，得益于欧洲传统的制造业生态体系。ASML的前身可追溯至荷兰电气工业巨头飞利浦的物理实验室（Natlab）以及半导体和材料部（Elcoma），并与飞利浦的工业应用部门有直接渊源。在很大程度上，ASML光刻机就是老牌电气企业飞利浦引进新技术而拓展出的新业务。20世纪60年代，飞利浦追随美国进入到半导体产业，从生产晶体管而逐步转向制造集成电路。为了高效制造集成电路，飞利浦需要更快的方法制作接触式掩模，而当时该公司所用的美国光刻机既不够精准，又耗费人力，这促使飞利浦决定自己制造光刻机，由半导体和材料部负责制造电子元件，由物理实验室负责协助。飞利浦的战略决策成为ASML光刻机的起点，并体现了创新主体与技术传承的重要性。首先，高技术产品的制造与创新需要一定的主体去实现，该主体要组织与协调各种资源和要素，使创新活动得以展开。飞利浦在光刻机领域投入资源，缔造了一个创新主体，这是最为根本的基础。尤为重要的是，20世纪的飞利浦长期存在着一种“不爱用外来技术的文化”，不仅自己生产终端产品，还自己制造生产终端产品所需的设备。飞利浦半导体和材料部的工程师便坚信“最好的生产工具是自己生产的机器”。自行制造设备的企业文化，既使飞利浦顺理成章地从半导体制造领域进入到半导体设备制造领域，又使飞利浦能够长期坚持对光刻机进行自主研发。其次，制造业的技术存在着演化性，既有技术储备往往决定了拓展新技术的能力。飞利浦能够下决心自主研制光刻机，源于其在电气化与机械制造领域均有技术积累，而光刻机恰好是一种机电结合的产品。因此，技术传承构成了飞利浦敢于研制光刻机的基本条件。无独有偶，1976年日本通产省启动了超LSI技术研究所，将国产光刻机的研发任务交给了尼康，其技术负责人吉田庄一郎认为光刻机的3个核心技术尼康均已具备，故有把握完成挑战。1978年，尼康取得了成功。尼康与飞利浦的相同点在于都掌握着新技术所包含的已有技术元素，也就印证了技术积累与传承对于创新主体进入新领域的重要性。

产业发展具有演化性，起点至关重要。新技术往往是在已有技术的基础上发展起来的，已有技术积累越深厚，产生新技术突破的可能性越大，学习外部新技术并消化吸收的能力也越强。半导体技术的起点可以追溯至贝尔实验室，而贝尔与飞利浦实际上属于同一种类型的企业，均系19世纪后期制造业“科学化”的产物，这意味着飞利浦进入半导体领域的跨度并不算大。而20世纪中期所盛行的纵向一体化大企业模式，也使飞利浦自造光刻机有充分的组织与文化支撑。飞利浦在组织上缔造了一个研制光刻机的创新主体，在技术上具有自行研制光刻机的条件，这是荷兰光刻机产业崛起的基础。

二、高强度的战略投入是ASML成功的关键

半导体设备制造业属于第二次世界大战后兴起的高端制造业。高端制造业具有技术高度复杂且迭代快、资金需求量大、市场相对狭小而竞争激烈的特点，需要各种资源的高强度投入，并需要具有长期坚持的战略意志。高强度的战略投入正是ASML成功的关键。

尽管从事后来看，飞利浦进入半导体设备制造业是一个成功的决策，但在相当长的时间里，其光刻机研制困难重重，长期濒于失败的边缘。飞利浦面对着多重困难。首先，尽管飞利浦具备了研制光刻机的技术基础，但光刻机是复杂的精密设备，其研制存在着技术难度，需要时间去攻克难关及转换技术路线。例如，飞利浦曾长期坚持其光刻机使用自行研制的油压驱动系统，直到1980年代才将液压晶圆台改为性能更优的电动晶圆台。其次，飞利浦虽然较早构建了一个产品研发平台作为创新主体，但该产品研发平台系由企业实验室和制造部门强行组合而成，双方存在着文化冲突，故而飞利浦的光刻机研制存在着严重的组织问题。例如，生产部门抱怨研发部门草率，研发部门则批评生产部门不爱沟通，拿起图纸就开工。这种内部冲突拖滞了研制进度。最后，飞利浦作为一个光刻机领域的追赶者，面对着技术更先进的美国企业构筑的进入壁垒，在市场竞争中承受着巨大的压力。由于飞利浦迟迟不能向市场供应成熟的光刻机机型，其预期的市场又被后来居上的尼康等日本企业占据，加剧了其生存压力。于是，飞利浦因为研发迟缓导致投入缺乏回报，而缺乏回报又导致研发投入难以为继。形成恶性循环。1981年，飞利浦首席执行官传达指令：“尽快结束光刻机这种没有意义的项目。”这反映了飞利浦高层出于商业逻辑准备放弃光刻机的研制。

就在飞利浦高层准备放弃光刻机研制时，荷兰的先进半导体材料公司（Advanced Semiconductor Materials）即ASM公司寻求与其合作。1983年，ASM与飞利浦宣布将创立研制光刻设备的合资公司，这家合资公司就是ASML。1984年，47名飛利浦员工进入ASML。实际上，ASM进入光刻机领域源于其首席执行官阿瑟 . 德尔 . 普拉多（Arthur del Prado）对光刻市场一无所知而产生的乐观预期。但是，ASM为飞利浦光刻机项目的存续提供了必不可少的资金支持。实际上，ASML成立后，其光刻机研制并不顺利，即使在公司能够向市场供应产品后，依然亏损。1987年，为ASML实际提供资金的母公司ASM损失了2300万美元，其中800万美元的亏损系ASML造成的，到1988年年初，ASM的财务状况跌至谷底。最终，ASM从ASML撤资，由飞利浦承担ASM在合资企业中的股份和债务，但ASM的3500万美元投资打了水漂。高端制造业的高进入壁垒于此可见。不过，由于此时ASML已经有光刻机应市，母公司飞利浦没有将其放弃，这一战略坚守成为ASML走向全球光刻机垄断巨头的关键。在ASM撤资后，飞利浦的资金投入和政府补贴构成了ASML生存所需的资金来源。飞利浦与为ASML融资的银行合作，建立了一个可以接收来自荷兰与欧洲共同体的政府赠款的公司结构。荷兰与欧洲共同体向ASML提供的1650万美元研发补贴，构成其开发PAS 5500机型总研发成本的 60%。此后，荷兰政府还为该机型的研发提供了1900万美元的技术开发贷款。1989年，ASML第一次盈利，但PAS 5500的研发构成其沉重负担。1992年上半年，由于ASML亏损严重，飞利浦内部又出现了将其关闭的声音，但飞利浦还是为其注资2100万美元，使其挺过了夏季与秋季，但到了年底，ASML又面临资金匮乏。最终，ASML的资金问题是靠资本市场解决的。1995年3月，ASML上市，1996年初，ASML实现财务独立，荷兰银行与德国商业银行荷兰分行将其信贷额度提高到1.2亿美元。此处详述历史细节，意在表明资金问题是ASML发展初期所面临的最大困难，因为制造高技术产品需要高额研发投入，但也面临着回报周期长与市场不确定性的风险。如此一来，以战略定力长期保持高强度投入就成为创新主体成功的关键。就此而论，在光刻机等高端装备领域实施追赶的企业与国家，必须具有肯于长期高强度投入而不计短期回报的战略意志。实际上，ASML上市后继续依靠飞利浦注资以及政府补贴，直到2007年之后才真正获得市场优势地位。荷兰光刻机的崛起，保守地说耗时也近30年，后来者想要缩短追赶时间，只能以更高的强度进行投入。

从企业史的微观层面看，ASML成功研制出可以供应市场的光刻机，是飞利浦在ASM撤资后继续保持投入的关键原因。而ASML成功研制光刻机，离不开第一任首席执行官贾特 . 斯密特（Gjalt Smit）的领导。贾特 . 斯密特为ASML重新设计了架构，理顺了研发与制造的关系，注入了重视市场的观念。实际上，贾特 . 斯密特为了达成目标，在经营管理上进行了高强度的资金投入。例如，为了尽快生产出光刻机，ASML改变了飞利浦之前的研发模式，将机器拆分为各个模块，每个模块由专业团队并行开发，再将模块组装成系统。这一新的研发方案成本更高，但缩短了研发时间，使ASML能在落后的形势下抓住光刻机市场所剩不多的机会。贾特 . 斯密特在了解了研制中存在的问题后，向技术负责人表示：“当然，这一切都要花钱。我们需要在开发、生产、营销、服务等方面进行投资。我们需要人才，我们将进行招聘。”同样重要的是，贾特 . 斯密特为ASML营造了积极向上的企业文化，重振了飞利浦光刻机研制平台的低迷士气。在ASML才刚刚组建时，贾特 . 斯密特就鼓励员工：“我们要争夺金牌……我们要成为市场的主导者。”凭借高效务实的组织管理和锐意进取的企业文化，在高强度的资源与要素投入之下，贾特 . 斯密特领导ASML尽快完成了飞利浦蹉跎多年未能完成的光刻机研发。在这一点上，尼康再次展示了与ASML的相似性。对于坚持在技术研发上投入，吉田庄一郎称：“技术与石油很像，如果资源不足，人们就会拼命挖掘寻找。不定什么时候，新的石油就会喷出……技术人员们也在孜孜不倦的技术研究中获得源源不断的灵感与启发。”此外，为了追赶领先的美国光刻机企业，吉田庄一郎也表达了强烈的进取心：“使用高科技含量产品采取正面进攻，是取得胜利的根本原因。”事实上，ASML后来能够击败一度领先的尼康，靠的也是以技术含量更高的产品在市场上正面进攻。

由历史可知，尽管ASML在当前几乎垄断了全球的高端光刻机市场，但在数十年的时间里，这家公司作为光刻机领域的后来者与追赶者，长期濒临关闭的边缘，依赖政府补贴而非市场盈利来维持。ASML在逆境中的成功再次说明了制造业中技术积累与传承的重要性，而技术积累与传承需要坚韧的战略意志去保持高强度投入。对试图追赶ASML的创新主体来说，高强度的战略投入同样是必不可少的条件。

三、利用制造业生态体系是ASML成功的保障

在一定范围内，制造业往往是由上下游企业、政府、学校和社会组织构成的生态体系，不同的企业与产业在该体系内通过竞争与合作等关系，与体系一起演化。综观ASML光刻机崛起的历史，善于利用已有的制造业生态体系并形成自己的生态体系，是其成功的重要保障。

首先，ASML充分利用了荷兰的教育体系与人力资源。尽管工业革命以后，荷兰并非欧洲一流的工业强国，但其技术实力与技术底蕴在世界范围内仍属深厚。ASML光刻机的技术研发人员并不局限于荷兰，但仍以荷兰工程师为主体。实际上，ASML的母公司飞利浦在荷兰每所大学都有耳目，与荷兰几乎每个工程或科学教授都有联系，一旦公司在大学教授的人际关系网里发现人才，一有需要就会进行招聘。当ASML组建之初招聘员工时，有大约300人提出申请，荷兰工程技术人才的充足总量令ASML管理层都感到惊讶。产品的研发与制造终究要由具体的人来承担，工程技术教育是制造业生态体系重要的组成部分，荷兰教育体系培养的工程师成为ASML研制光刻机的人力资源保障。

其次，ASML在与用户的交流合作中改进技术，提升制造水平，并与关键用户实现了共同壮大的协同演化。制造业的技术创新具有渐进积累的特征，经验的积累往往需要大量的实践，并不断对已有产品的设计与工艺进行改进，从而提升制造水平，因此，为制造业企业提供经验积累机会的用户至关重要。在飞利浦自行研制光刻机的阶段，研发部门具有较浓的科研风气，对产品的商业化和市场化不太重视。ASML成立后，首席执行官贾特？斯密特将研发的关注点从技术会议和科学文献转向顾客，询问顾客的需求，再把分析后的结论作为硬性要求交给ASML的工程师。由此，ASML改变了光刻机研制的技术路线，并能保证其新产品研发出来后有市场需求。在ASML的用户中，创办于1987年的台积电至关重要。台积电与飞利浦渊源颇深，第一批投资台积电的企业中就有飞利浦电子公司（该公司从飞利浦剥离后改名恩智浦），飞利浦电子公司也是购买台积电所造晶圆的首批客户之一。台积电的业务是为半导体公司提供制造服务，光刻机是其关键生产设备。实际上，台积电与ASML同为飞利浦投资参股的子公司，这层关系给了ASML向台积电出售产品的机会，但台积电在谈判中提出了苛刻的要求。具有偶然性的是，1988年底，台积电的工厂遭遇火灾，急需一批光刻机，只能向ASML订购，而正是这笔订单使ASML首次盈利。此后，双方的关系逐渐深化。随着台积电在芯片制造领域获得巨大的规模优势，全球半导体产业原有的产业链解体，产业生态系统重构，半导体设计与制造分离的无厂模式最终形成。在台积电推动形成的新的产业生态系统中，ASML作为台积电的设备供应商，依托台积电的规模优势而同样壮大。事實上，台积电与ASML在芯片制造与芯片制造设备领域分别形成的行业领先地位，正是当前中国企业不得不克服的巨大的进入壁垒。换言之，要追赶ASML，也必须像ASML那样，与关键用户协同演化，构建新的自己的生态体系。

最后，ASML寻找与培育了自己的零部件供应商，并与供应商一起实现了共同提升的协同演化，作为用户，形成了以自己为中心的生态体系。ASML对其供应商的帮助，就如同台积电等用户对其自身的帮助一样。不过，ASML最为关键的供应商是德国的世界一流光学企业蔡司。蔡司能够制造ASML不能生产的光学元件，也保障了ASML光刻机的光刻精度。但是，ASML同样具有一定的技术水准，能看到蔡司所存在的缺陷，并一起解决蔡司产品的技术问题。事实上，蔡司长期坚持手工制造的工匠传统，其产品精良，但无法满足市场对于产品数量的巨大需求。正是在为ASML光刻机供货的过程中，蔡司推行了制造方式的变革，引入数控机床和机器人等自动化系统代替工匠，实现了扩产。因此，ASML促进了其供应商的成长，而强大的供应商反过来又保障了ASML光刻机的高精度与高性能，两者相得益彰，共同强化了市场竞争力，最终促使ASML形成了自己的具有垄断性的产业生态体系，为后来者与追赶者设置了极难逾越的进入壁垒。

四、对中国的启示：以高投入完善制造业生态体系

目前，高端光刻机对于中国半导体产业的发展乃至整个工业化与信息化来说，均属于必须攻克的“卡脖子”设备。毫无疑问，中国的光刻机制造必须追赶ASML，并突破其构筑的进入壁垒，而ASML自身的经验对中国来说就具有直接的启示与借鉴作用了。

ASML光刻机崛起的最大启示其实不过重复了20世纪中叶以来世界高端制造业发展的一般规律，即必须以战略意志进行高强度的投入，突破或构筑进入壁垒，成为领域内瓜分全球市场的少数顶级企业之一。无论是芯片，还是喷气式航空发动机，又或者大飞机，莫不如此。因此，中国为了解决高端光刻机“卡脖子”的问题，必须坚定战略决心，长期投入资源进行高强度的研发，直至成功实现追赶。尽管这一经验看似简单，但真正在实践中长期坚持却极为困难。ASML曾经长期领取荷兰和欧共体的政府补贴，中国政府也应该从资金和应用场景等层面给予本国的相关企业以政策支持。

此外，ASML光刻机崛起的经验，启示中国必须在保障创新主体持续进行高强度投入的同时，完善制造业生态体系，使半导体设备制造业与上下游产业协同演化，共同进步。制造业的技术提升具有“干中学”的属性，经验积累与用户反馈，对于制造业企业能力的发展至关重要。设备制造企业需要借助用户的意见来改进设计与工艺等，而设备制造企业作为用户，又对供应零部件和元器件的上游企业起到同样的牵引作用。为了实现追赶，解决“卡脖子”问题，以一定的机制大力培养技术人才，促进产业链上的关联企业密切互动，协同演化，最终形成自己的生态体系，是追赶企业突破领先企业既有生态体系构成的进入壁垒的可能性路径。然而，制造业生态体系的完善过程，依然需要高强度的投入作为具体的落实手段。

总而言之，尽管高端光刻机是中国目前尚不具备制造能力的高技术产品，但ASML以及尼康等企业的光刻机研制史显示，半导体设备制造业仍然遵循制造业演化的诸多一般性规律，例如，技术的积累与传承，研发模式的优化，勇于挑战的企业文化的营造，依然是相关企业最基本的成长机制。而不可忽视的是，尽管本文一再强调渐进积累式创新对于制造业的重要性，但技术路线与范式的大规模突变也是存在的，ASML崛起的过程中也不乏不同技术路线的竞争。曾经领先的技术范式在短时间内被取代从而导致领先企业的急剧落败，在历史上存在先例。因此，追赶者在踏实学习先进的同时，也应该关注并探索不同的技术方案，积极寻求摆脱领先者技术轨道的束缚的可能性，实现具有战略意义的突破性创新。