戰略投入與制造業生態體系：ASML光刻機崛起的啟示

嚴鵬

信息化依賴于硬件設備來實現，必須與工業化相融合，制造業的發展對于信息產業仍然具有重要意義。芯片是信息產業的基礎，光刻機是用來制造芯片的關鍵設備。近年來，中國的信息技術產業得到長足發展，華為等公司已經具備較強的芯片設計能力，但中國的制造業尚無法將芯片設計有效轉化為產品，其中的困難就包括缺乏光刻機等核心設備。目前，全球的高端光刻機幾乎被荷蘭ASML（阿斯麥）公司所壟斷。ASML光刻機的禁止出口，給中國的芯片生產造成了極大的障礙。為了解決“卡脖子”問題，中國工業必須攻克光刻機等關鍵設備的制造，而ASML本身的崛起歷程，仍是一場典型的制造業“工匠革命”，提供了具有借鑒作用的啟示。ASML的歷史經驗表明，中國必須通過創新主體的戰略投入和培育制造業生態體系來實現在半導體設備領域的追趕。

一、創新主體與技術傳承是ASML成功的起點

盡管信息技術產業有別于制造業，但信息技術產業的硬件基礎仍然需要制造業部門來提供，而一國制造業的發展基礎與生態體系，就成為促進或制約該國信息技術產業的重要變量，也就在很大程度上影響著該國的信息化進程。半導體產業于20世紀50年代興起后，經過幾十年的演化，已經成為一個高度全球化的產業，流行著設計與制造分離的“無廠模式”。所謂的無廠模式，其實遵循著經濟學最基本的分工原理，即讓半導體生產不同環節的企業充分專業化，發揮其比較優勢，從而達致效率最優。這種分工使得臺積電等芯片代工廠（foundry）能夠充分實現規模經濟，但也形成了具有壟斷性的高進入壁壘，使后來的追趕者想要發展自身的芯片制造能力面臨著成本過高的困境。于是，中國大陸等后發展經濟體的企業進入半導體產業，充分融入全球化的產業鏈，優先發展設計能力，是符合市場經濟邏輯的理性選擇。而在這條產業鏈上，臺積電的設備供應商ASML同樣在長期演化過程中構筑起了高進入壁壘，形成幾乎一家獨大的市場格局。

在全球化運轉正常的情況下，中國大陸的華為等企業融入既存的全球半導體產業鏈，主攻芯片設計與系統集成，而將芯片制造委托給代工廠，毫無問題。但2018年以來的國際政治局勢攪亂了全球經濟分工與國際大循環，中國大陸企業遭遇技術封鎖，芯片設計無法在制造層面實現。半導體制造業與半導體設備制造業在中國的制造業生態體系中均是薄弱環節，一旦中國所無法制造的半導體設備進口渠道被切斷，中國的半導體制造企業就因為缺乏設備而無法生產，而海外代工企業懾于霸權國家的威脅也不敢為中國企業代工，中國的半導體企業就無法得到芯片供應。追根溯源，在這一鏈條上，半導體企業依賴半導體制造企業，而半導體制造企業又依賴半導體設備制造企業。作為最關鍵的半導體設備供應商，ASML自然成為焦點。更為明確地說，ASML就是當下中國制造業必須對標并學習的企業。探究ASML的成功之道，可以為中國發展半導體設備制造業提供最直接的經驗借鑒。

在20世紀信息產業的發展浪潮中，歐洲相對于美國和日本較為弱勢，但ASML能成為全球半導體產業中不可或缺的關鍵供應商，得益于歐洲傳統的制造業生態體系。ASML的前身可追溯至荷蘭電氣工業巨頭飛利浦的物理實驗室（Natlab）以及半導體和材料部（Elcoma），并與飛利浦的工業應用部門有直接淵源。在很大程度上，ASML光刻機就是老牌電氣企業飛利浦引進新技術而拓展出的新業務。20世紀60年代，飛利浦追隨美國進入到半導體產業，從生產晶體管而逐步轉向制造集成電路。為了高效制造集成電路，飛利浦需要更快的方法制作接觸式掩模，而當時該公司所用的美國光刻機既不夠精準，又耗費人力，這促使飛利浦決定自己制造光刻機，由半導體和材料部負責制造電子元件，由物理實驗室負責協助。飛利浦的戰略決策成為ASML光刻機的起點，并體現了創新主體與技術傳承的重要性。首先，高技術產品的制造與創新需要一定的主體去實現，該主體要組織與協調各種資源和要素，使創新活動得以展開。飛利浦在光刻機領域投入資源，締造了一個創新主體，這是最為根本的基礎。尤為重要的是，20世紀的飛利浦長期存在著一種“不愛用外來技術的文化”，不僅自己生產終端產品，還自己制造生產終端產品所需的設備。飛利浦半導體和材料部的工程師便堅信“最好的生產工具是自己生產的機器”。自行制造設備的企業文化，既使飛利浦順理成章地從半導體制造領域進入到半導體設備制造領域，又使飛利浦能夠長期堅持對光刻機進行自主研發。其次，制造業的技術存在著演化性，既有技術儲備往往決定了拓展新技術的能力。飛利浦能夠下決心自主研制光刻機，源于其在電氣化與機械制造領域均有技術積累，而光刻機恰好是一種機電結合的產品。因此，技術傳承構成了飛利浦敢于研制光刻機的基本條件。無獨有偶，1976年日本通產省啟動了超LSI技術研究所，將國產光刻機的研發任務交給了尼康，其技術負責人吉田莊一郎認為光刻機的3個核心技術尼康均已具備，故有把握完成挑戰。1978年，尼康取得了成功。尼康與飛利浦的相同點在于都掌握著新技術所包含的已有技術元素，也就印證了技術積累與傳承對于創新主體進入新領域的重要性。

產業發展具有演化性，起點至關重要。新技術往往是在已有技術的基礎上發展起來的，已有技術積累越深厚，產生新技術突破的可能性越大，學習外部新技術并消化吸收的能力也越強。半導體技術的起點可以追溯至貝爾實驗室，而貝爾與飛利浦實際上屬于同一種類型的企業，均系19世紀后期制造業“科學化”的產物，這意味著飛利浦進入半導體領域的跨度并不算大。而20世紀中期所盛行的縱向一體化大企業模式，也使飛利浦自造光刻機有充分的組織與文化支撐。飛利浦在組織上締造了一個研制光刻機的創新主體，在技術上具有自行研制光刻機的條件，這是荷蘭光刻機產業崛起的基礎。

二、高強度的戰略投入是ASML成功的關鍵

半導體設備制造業屬于第二次世界大戰后興起的高端制造業。高端制造業具有技術高度復雜且迭代快、資金需求量大、市場相對狹小而競爭激烈的特點，需要各種資源的高強度投入，并需要具有長期堅持的戰略意志。高強度的戰略投入正是ASML成功的關鍵。

盡管從事后來看，飛利浦進入半導體設備制造業是一個成功的決策，但在相當長的時間里，其光刻機研制困難重重，長期瀕于失敗的邊緣。飛利浦面對著多重困難。首先，盡管飛利浦具備了研制光刻機的技術基礎，但光刻機是復雜的精密設備，其研制存在著技術難度，需要時間去攻克難關及轉換技術路線。例如，飛利浦曾長期堅持其光刻機使用自行研制的油壓驅動系統，直到1980年代才將液壓晶圓臺改為性能更優的電動晶圓臺。其次，飛利浦雖然較早構建了一個產品研發平臺作為創新主體，但該產品研發平臺系由企業實驗室和制造部門強行組合而成，雙方存在著文化沖突，故而飛利浦的光刻機研制存在著嚴重的組織問題。例如，生產部門抱怨研發部門草率，研發部門則批評生產部門不愛溝通，拿起圖紙就開工。這種內部沖突拖滯了研制進度。最后，飛利浦作為一個光刻機領域的追趕者，面對著技術更先進的美國企業構筑的進入壁壘，在市場競爭中承受著巨大的壓力。由于飛利浦遲遲不能向市場供應成熟的光刻機機型，其預期的市場又被后來居上的尼康等日本企業占據，加劇了其生存壓力。于是，飛利浦因為研發遲緩導致投入缺乏回報，而缺乏回報又導致研發投入難以為繼。形成惡性循環。1981年，飛利浦首席執行官傳達指令：“盡快結束光刻機這種沒有意義的項目。”這反映了飛利浦高層出于商業邏輯準備放棄光刻機的研制。

就在飛利浦高層準備放棄光刻機研制時，荷蘭的先進半導體材料公司（Advanced Semiconductor Materials）即ASM公司尋求與其合作。1983年，ASM與飛利浦宣布將創立研制光刻設備的合資公司，這家合資公司就是ASML。1984年，47名飛利浦員工進入ASML。實際上，ASM進入光刻機領域源于其首席執行官阿瑟 . 德爾 . 普拉多（Arthur del Prado）對光刻市場一無所知而產生的樂觀預期。但是，ASM為飛利浦光刻機項目的存續提供了必不可少的資金支持。實際上，ASML成立后，其光刻機研制并不順利，即使在公司能夠向市場供應產品后，依然虧損。1987年，為ASML實際提供資金的母公司ASM損失了2300萬美元，其中800萬美元的虧損系ASML造成的，到1988年年初，ASM的財務狀況跌至谷底。最終，ASM從ASML撤資，由飛利浦承擔ASM在合資企業中的股份和債務，但ASM的3500萬美元投資打了水漂。高端制造業的高進入壁壘于此可見。不過，由于此時ASML已經有光刻機應市，母公司飛利浦沒有將其放棄，這一戰略堅守成為ASML走向全球光刻機壟斷巨頭的關鍵。在ASM撤資后，飛利浦的資金投入和政府補貼構成了ASML生存所需的資金來源。飛利浦與為ASML融資的銀行合作，建立了一個可以接收來自荷蘭與歐洲共同體的政府贈款的公司結構。荷蘭與歐洲共同體向ASML提供的1650萬美元研發補貼，構成其開發PAS 5500機型總研發成本的 60%。此后，荷蘭政府還為該機型的研發提供了1900萬美元的技術開發貸款。1989年，ASML第一次盈利，但PAS 5500的研發構成其沉重負擔。1992年上半年，由于ASML虧損嚴重，飛利浦內部又出現了將其關閉的聲音，但飛利浦還是為其注資2100萬美元，使其挺過了夏季與秋季，但到了年底，ASML又面臨資金匱乏。最終，ASML的資金問題是靠資本市場解決的。1995年3月，ASML上市，1996年初，ASML實現財務獨立，荷蘭銀行與德國商業銀行荷蘭分行將其信貸額度提高到1.2億美元。此處詳述歷史細節，意在表明資金問題是ASML發展初期所面臨的最大困難，因為制造高技術產品需要高額研發投入，但也面臨著回報周期長與市場不確定性的風險。如此一來，以戰略定力長期保持高強度投入就成為創新主體成功的關鍵。就此而論，在光刻機等高端裝備領域實施追趕的企業與國家，必須具有肯于長期高強度投入而不計短期回報的戰略意志。實際上，ASML上市后繼續依靠飛利浦注資以及政府補貼，直到2007年之后才真正獲得市場優勢地位。荷蘭光刻機的崛起，保守地說耗時也近30年，后來者想要縮短追趕時間，只能以更高的強度進行投入。

從企業史的微觀層面看，ASML成功研制出可以供應市場的光刻機，是飛利浦在ASM撤資后繼續保持投入的關鍵原因。而ASML成功研制光刻機，離不開第一任首席執行官賈特 . 斯密特（Gjalt Smit）的領導。賈特 . 斯密特為ASML重新設計了架構，理順了研發與制造的關系，注入了重視市場的觀念。實際上，賈特 . 斯密特為了達成目標，在經營管理上進行了高強度的資金投入。例如，為了盡快生產出光刻機，ASML改變了飛利浦之前的研發模式，將機器拆分為各個模塊，每個模塊由專業團隊并行開發，再將模塊組裝成系統。這一新的研發方案成本更高，但縮短了研發時間，使ASML能在落后的形勢下抓住光刻機市場所剩不多的機會。賈特 . 斯密特在了解了研制中存在的問題后，向技術負責人表示：“當然，這一切都要花錢。我們需要在開發、生產、營銷、服務等方面進行投資。我們需要人才，我們將進行招聘?！蓖瑯又匾氖牵Z特 . 斯密特為ASML營造了積極向上的企業文化，重振了飛利浦光刻機研制平臺的低迷士氣。在ASML才剛剛組建時，賈特 . 斯密特就鼓勵員工：“我們要爭奪金牌……我們要成為市場的主導者?！睉{借高效務實的組織管理和銳意進取的企業文化，在高強度的資源與要素投入之下，賈特 . 斯密特領導ASML盡快完成了飛利浦蹉跎多年未能完成的光刻機研發。在這一點上，尼康再次展示了與ASML的相似性。對于堅持在技術研發上投入，吉田莊一郎稱：“技術與石油很像，如果資源不足，人們就會拼命挖掘尋找。不定什么時候，新的石油就會噴出……技術人員們也在孜孜不倦的技術研究中獲得源源不斷的靈感與啟發?！贝送?，為了追趕領先的美國光刻機企業，吉田莊一郎也表達了強烈的進取心：“使用高科技含量產品采取正面進攻，是取得勝利的根本原因。”事實上，ASML后來能夠擊敗一度領先的尼康，靠的也是以技術含量更高的產品在市場上正面進攻。

由歷史可知，盡管ASML在當前幾乎壟斷了全球的高端光刻機市場，但在數十年的時間里，這家公司作為光刻機領域的后來者與追趕者，長期瀕臨關閉的邊緣，依賴政府補貼而非市場盈利來維持。ASML在逆境中的成功再次說明了制造業中技術積累與傳承的重要性，而技術積累與傳承需要堅韌的戰略意志去保持高強度投入。對試圖追趕ASML的創新主體來說，高強度的戰略投入同樣是必不可少的條件。

三、利用制造業生態體系是ASML成功的保障

在一定范圍內，制造業往往是由上下游企業、政府、學校和社會組織構成的生態體系，不同的企業與產業在該體系內通過競爭與合作等關系，與體系一起演化。綜觀ASML光刻機崛起的歷史，善于利用已有的制造業生態體系并形成自己的生態體系，是其成功的重要保障。

首先，ASML充分利用了荷蘭的教育體系與人力資源。盡管工業革命以后，荷蘭并非歐洲一流的工業強國，但其技術實力與技術底蘊在世界范圍內仍屬深厚。ASML光刻機的技術研發人員并不局限于荷蘭，但仍以荷蘭工程師為主體。實際上，ASML的母公司飛利浦在荷蘭每所大學都有耳目，與荷蘭幾乎每個工程或科學教授都有聯系，一旦公司在大學教授的人際關系網里發現人才，一有需要就會進行招聘。當ASML組建之初招聘員工時，有大約300人提出申請，荷蘭工程技術人才的充足總量令ASML管理層都感到驚訝。產品的研發與制造終究要由具體的人來承擔，工程技術教育是制造業生態體系重要的組成部分，荷蘭教育體系培養的工程師成為ASML研制光刻機的人力資源保障。

其次，ASML在與用戶的交流合作中改進技術，提升制造水平，并與關鍵用戶實現了共同壯大的協同演化。制造業的技術創新具有漸進積累的特征，經驗的積累往往需要大量的實踐，并不斷對已有產品的設計與工藝進行改進，從而提升制造水平，因此，為制造業企業提供經驗積累機會的用戶至關重要。在飛利浦自行研制光刻機的階段，研發部門具有較濃的科研風氣，對產品的商業化和市場化不太重視。ASML成立后，首席執行官賈特？斯密特將研發的關注點從技術會議和科學文獻轉向顧客，詢問顧客的需求，再把分析后的結論作為硬性要求交給ASML的工程師。由此，ASML改變了光刻機研制的技術路線，并能保證其新產品研發出來后有市場需求。在ASML的用戶中，創辦于1987年的臺積電至關重要。臺積電與飛利浦淵源頗深，第一批投資臺積電的企業中就有飛利浦電子公司（該公司從飛利浦剝離后改名恩智浦），飛利浦電子公司也是購買臺積電所造晶圓的首批客戶之一。臺積電的業務是為半導體公司提供制造服務，光刻機是其關鍵生產設備。實際上，臺積電與ASML同為飛利浦投資參股的子公司，這層關系給了ASML向臺積電出售產品的機會，但臺積電在談判中提出了苛刻的要求。具有偶然性的是，1988年底，臺積電的工廠遭遇火災，急需一批光刻機，只能向ASML訂購，而正是這筆訂單使ASML首次盈利。此后，雙方的關系逐漸深化。隨著臺積電在芯片制造領域獲得巨大的規模優勢，全球半導體產業原有的產業鏈解體，產業生態系統重構，半導體設計與制造分離的無廠模式最終形成。在臺積電推動形成的新的產業生態系統中，ASML作為臺積電的設備供應商，依托臺積電的規模優勢而同樣壯大。事實上，臺積電與ASML在芯片制造與芯片制造設備領域分別形成的行業領先地位，正是當前中國企業不得不克服的巨大的進入壁壘。換言之，要追趕ASML，也必須像ASML那樣，與關鍵用戶協同演化，構建新的自己的生態體系。

最后，ASML尋找與培育了自己的零部件供應商，并與供應商一起實現了共同提升的協同演化，作為用戶，形成了以自己為中心的生態體系。ASML對其供應商的幫助，就如同臺積電等用戶對其自身的幫助一樣。不過，ASML最為關鍵的供應商是德國的世界一流光學企業蔡司。蔡司能夠制造ASML不能生產的光學元件，也保障了ASML光刻機的光刻精度。但是，ASML同樣具有一定的技術水準，能看到蔡司所存在的缺陷，并一起解決蔡司產品的技術問題。事實上，蔡司長期堅持手工制造的工匠傳統，其產品精良，但無法滿足市場對于產品數量的巨大需求。正是在為ASML光刻機供貨的過程中，蔡司推行了制造方式的變革，引入數控機床和機器人等自動化系統代替工匠，實現了擴產。因此，ASML促進了其供應商的成長，而強大的供應商反過來又保障了ASML光刻機的高精度與高性能，兩者相得益彰，共同強化了市場競爭力，最終促使ASML形成了自己的具有壟斷性的產業生態體系，為后來者與追趕者設置了極難逾越的進入壁壘。

四、對中國的啟示：以高投入完善制造業生態體系

目前，高端光刻機對于中國半導體產業的發展乃至整個工業化與信息化來說，均屬于必須攻克的“卡脖子”設備。毫無疑問，中國的光刻機制造必須追趕ASML，并突破其構筑的進入壁壘，而ASML自身的經驗對中國來說就具有直接的啟示與借鑒作用了。

ASML光刻機崛起的最大啟示其實不過重復了20世紀中葉以來世界高端制造業發展的一般規律，即必須以戰略意志進行高強度的投入，突破或構筑進入壁壘，成為領域內瓜分全球市場的少數頂級企業之一。無論是芯片，還是噴氣式航空發動機，又或者大飛機，莫不如此。因此，中國為了解決高端光刻機“卡脖子”的問題，必須堅定戰略決心，長期投入資源進行高強度的研發，直至成功實現追趕。盡管這一經驗看似簡單，但真正在實踐中長期堅持卻極為困難。ASML曾經長期領取荷蘭和歐共體的政府補貼，中國政府也應該從資金和應用場景等層面給予本國的相關企業以政策支持。

此外，ASML光刻機崛起的經驗，啟示中國必須在保障創新主體持續進行高強度投入的同時，完善制造業生態體系，使半導體設備制造業與上下游產業協同演化，共同進步。制造業的技術提升具有“干中學”的屬性，經驗積累與用戶反饋，對于制造業企業能力的發展至關重要。設備制造企業需要借助用戶的意見來改進設計與工藝等，而設備制造企業作為用戶，又對供應零部件和元器件的上游企業起到同樣的牽引作用。為了實現追趕，解決“卡脖子”問題，以一定的機制大力培養技術人才，促進產業鏈上的關聯企業密切互動，協同演化，最終形成自己的生態體系，是追趕企業突破領先企業既有生態體系構成的進入壁壘的可能性路徑。然而，制造業生態體系的完善過程，依然需要高強度的投入作為具體的落實手段。

總而言之，盡管高端光刻機是中國目前尚不具備制造能力的高技術產品，但ASML以及尼康等企業的光刻機研制史顯示，半導體設備制造業仍然遵循制造業演化的諸多一般性規律，例如，技術的積累與傳承，研發模式的優化，勇于挑戰的企業文化的營造，依然是相關企業最基本的成長機制。而不可忽視的是，盡管本文一再強調漸進積累式創新對于制造業的重要性，但技術路線與范式的大規模突變也是存在的，ASML崛起的過程中也不乏不同技術路線的競爭。曾經領先的技術范式在短時間內被取代從而導致領先企業的急劇落敗，在歷史上存在先例。因此，追趕者在踏實學習先進的同時，也應該關注并探索不同的技術方案，積極尋求擺脫領先者技術軌道的束縛的可能性，實現具有戰略意義的突破性創新。