美國刺客 Substrate 打算如何擊穿 ASML 與台積電的 EUV 護城河 ?

前兩天看到這個名為 Substrate 的公司在推特上發表他們的新聞稿，引起許多注目，因為第一次聽過，所以我只翻譯完內容就放著了，結果昨天是 SemiAnalysis 分析，而今天是 Stratechery 進行訪談，顯然是具有一定聳動重要性的，所以我把相關資料整理了一下，並把相關連結補充在文末。

這到底是什麼事？

簡單講，Substrate 是一家從隱形模式走出來的半導體新創，剛宣布完成 1 億美元募資，估值已達 10 億美元，投資人包括 Peter Thiel 的 Founders Fund、In-Q-Tel（CIA 支持的創投）等重量級機構。

他們要做的事聽起來很瘋狂：用一種叫 X 光微影的技術，取代目前最先進的 EUV 微影，而且不只是做設備賣給別人，他們還要自己蓋晶圓廠，直接生產晶片。

核心賣點是成本，現在 ASML 的 EUV 微影機一台要 3-4 億美元，Substrate 說他們的 X 光微影工具成本只要 4000 萬美元左右，領先製程晶圓的成本能降 50%，從一片 10 萬美元降到 5 萬美元。聽起來太好了對吧？我第一反應也是「這真的可能嗎？」

但更讓人驚訝的是這家公司的時間表：2028 年建成第一座廠，目標做 2nm 以下的領先製程，三年後，一家新創要挑戰台積電和 ASML 幾十年建立的壟斷地位。看到「挑戰台積電」這種說法，很多台灣讀者會不太買單，我們堂堂護國神山，並不是這麼簡單或者只有單一挑戰需要被突破，但這件事其實沒那麼對立。

James Proud（Substrate 創辦人）在 Stratechery 訪談中很直白地說：「我不期待 Apple 第一天就來找我們，身為股東我會造反。」他很清楚，Substrate 短期內不可能搶到台積電的客戶，這些客戶與台積電的關係是十幾年建立的，涉及製程調校、良率優化、產能規劃，不是「便宜」就能動搖的。

他們真正的目標是創造「新市場」：那些因為成本太高而放棄先進製程的設計，那些 AI 時代會爆發出來的長尾需求，用他的話說，這不是要「取代」誰，而是讓領先製程「不再是少數人的專利」。

Substrate 想做的是「讓晶片設計更民主化」，就像 AWS 讓創業者不用自己買伺服器，當先進製程成本降到一半，會有更多人敢嘗試，市場餅會變大，而不是搶既有的餅。所以接下來，我們把這當成一個技術創新的故事來看，而不是一場零和競爭。

創辦人不是瘋子，但做的是「成功率 1%」的事

Thiel Fellow 的故事

我們先認識 Substrate 創辦人 James Proud 的背景，James Proud 1992 年出生在英國南倫敦，5 歲開始玩電腦，9 歲學 HTML，12 歲就能做專業網站，高中畢業後他賣掉第一個創業專案（演唱會搜尋引擎 GigLocator），用賣掉的錢申請美國綠卡。

2011 年，19 歲的他看到 Peter Thiel 在 TechCrunch Disrupt 宣布 Thiel Fellowship（10 萬美元獎學金，鼓勵年輕人輟學創業），他線上申請，Spotify 創辦人推薦他。

面試過程很有意思，James 說當時幾乎沒人跟他聊天，唯一來的人直接跟他說：「你不會得獎的，因為你做的不夠大。」兩個月後凌晨 1 點，他收到通知：恭喜獲選，他自稱是「技術上第一位」Thiel Fellow，第一筆款項來自「The Shire LLC」，哈比人的故鄉夏爾，Peter Thiel 公司名字的魔戒梗。

Hello 的失敗經驗

2012 年 James 成立 Hello Inc.，做睡眠追蹤器 Sense，2014 年在 Kickstarter 募資 240 萬美元，超過 1.9 萬位支持者，2015 年正式發布，首日賣出 2.1 萬台。

估值一度高達 2.5-3 億美元（淡馬錫領投 4000 萬美元），看起來似乎要成功了，結果 2017 年 6 月 12 日，Hello 宣布關閉，IP 被 Fitbit 收購，最終到了 Google 手上，James 親身經歷過硬體創業的殘酷。

這段失敗對他影響很深，在做 Hello 時，他發現硬體開發的工具太分散了：CAD 一套、BOM 一套、供應鏈管理又一套，沒有整合的解決方案，於是他做了 Config，一個硬體開發管理軟體，這公司現在還在營運，James 仍是 CEO。

為何要做 Substrate

從 Config 做著做著，James 開始思考更大的問題：為什麼美國的硬體製造越來越弱？他發現一個矛盾：美國發明了幾乎所有半導體的關鍵技術（電晶體、積體電路、微影、EUV...），但製造能力卻流失了，問題不在發明，而在商業化和技術選擇。

如果要重振製造，不能只是「補貼複製」（像 CHIPS Act 那樣補貼 Intel、台積電在美國建廠），而是需要「技術躍進」，成本必須大幅降低，才能打破路徑依賴。

核心問題是：領先製程的成本和複雜性來自哪裡？答案是微影（Lithography），現在的 EUV 技術是 1990 年代早期決定的，耗費數十年才規模化，James 問了一個關鍵問題：如果今天重新開始，我們會做同樣的選擇嗎？也許不會。

2022 年早期，James 開始向投資人募資，他很誠實：「成功率大約 1%，但我會像成功率是 100% 一樣運作。」為什麼要做？他的回答是：「如果我相信這很重要，而我能募資、雇人、解決問題，但我不做，那我就是個壞美國人，我想當個好美國人。」他甚至放棄了英國籍，成為純美國公民（只有美國護照），這不是生意，是使命。

技術突破：為什麼 X 光現在可行了？

EUV 的現況：壟斷與極限

Substrate 的突破在哪？先看看現在的技術，現在最先進的微影技術是 EUV（Extreme Ultraviolet，極紫外光），波長 13.5nm，全世界只有荷蘭 ASML 一家公司能做，單台設備 1.5-2 億美元（標準版）到 3-4 億美元（High-NA 版），2030 年預估 EUV 市場規模會達到 500 億美元，徹底壟斷。

EUV 很厲害，但也到了極限，光源功率、反射鏡精度、多重曝光的複雜性，每往前推進都要付出巨大成本，現在領先製程晶圓一片要 10 萬美元，還在漲，成本到這個程度，重新思考技術路線就變得有意義了。

X 光的歷史：一個被放棄的選擇

X 光微影不是新東西，1972 年 MIT 的 Hank Smith 就發明了，1980-1990 年代，多個實驗室都在研究：Bell Labs、IBM、NTT...IBM 最積極，他們在 Brookhaven National Lab 建了專用束線，1991 年在 East Fishkill 建了 HELIOS 超導儲存環，他們真的做出了高解析度 DRAM，證明技術可行，但最終，X 光被放棄了，為什麼？

主要挑戰：光學問題，幾乎沒有材料能彎曲或反射 X 光波長，這意味著不能用傳統的「透鏡系統」，只能用「接近式曝光」（proximity printing），光罩和晶圓離很近，圖案直接投影。光源問題，產生明亮、單色、穩定的軟 X 光，通常需要大型粒子加速器，1980-90 年代的技術下，這太貴、太大、太複雜。EUV 的優勢，1980 年代，NTT 和 Bell Labs 發現軟 X 光波長（4-40nm）有合理效率的反射鏡，這讓投影式光學成為可能，技術路線更接近既有的 DUV，產業選擇了延續性更強的 EUV。

就這樣，X 光成了歷史註腳。

Substrate 的突破：粒子加速器桌面化

那為什麼現在 X 光又行了？James 的核心洞察：美國國家實驗室過去 30 年的研究，讓粒子加速器技術成熟了，桌面級加速器已經可行，成本也可控。

粒子加速器的運作原理（簡化版）：

• 加速電子
• 用磁鐵聚束電子
• 聚束時電子釋放光子（同步輻射）
• 收集光子用於微影

關鍵優勢：加速器不需要在無塵室裡，這點很重要，ASML 的 EUV 機器巨大，整台都要放在無塵室內，無塵室空間極貴（要控制溫度、濕度、塵埃...），而且美國土地便宜、人力貴，無塵室建設成本比台灣高。

Substrate 的方案：把加速器放在廠房外面，只有微影部分在無塵室，加速器很大，但可以放在一般建築裡，這樣無塵室面積大幅縮小，總成本反而下降，James 說：「美國國家實驗室是這個國家最寶貴的資產，這些創新 30 年後被用於完全不同的目的，這就是我們的證明。」

技術對比

Substrate 聲稱他們已經物理演示了：光源、光阻反應、產能級的機械傳動，包括晶圓交換時間，不只是實驗室成果，而是有商業化信心才公開，SemiAnalysis 的評價是：「外部聯繫和第三方報告都說同樣的故事：微影工具是真的。」但證據稀少，他們保持「健康的懷疑態度」。

仍需克服的挑戰包括：散粒雜訊、次級電子模糊、X 光損傷、製程窗口等，從實驗室到高產量製造的跳躍，歷史上成功率極低。

為何不只賣設備？要自己做晶圓廠

邏輯推理：為何只能自己做？

這是很多人最困惑的點，你有革命性的微影技術，為什麼不賣給台積電、三星？為什麼要自己做晶圓廠？James 的推理很直接：

如果去找台積電：「你們已經領先全世界，為什麼要冒險用新技術？客戶會接受嗎？如果出問題誰負責？」台積電的理性決策是：等技術成熟、被驗證後再考慮，但那要 10-15 年。

如果去找設備商：「你是一個瘋子創辦的新創公司，我們正在服務台積電、三星、Intel，我們很忙。」設備商也沒動機冒險，他們的 EUV 生意很好。

如果只做設備：需要找晶圓廠試用、驗證、改進、規模化，這個循環要 10-15 年，而且每一步都要等別人的決策，結論：「我猜我們只能自己全做了。」

First Principles Foundry（第一性原理晶圓廠）

既然要自己做晶圓廠，James 決定從第一性原理重新思考：哪些「業界常識」其實是可以挑戰的？

放鬆假設： 哪些東西「必須」在無塵室？其實很多不用。良率要 99.999%（5 個 9）嗎？還是 99.99%（4 個 9）就夠了？成本差多少？ASML 的機器看起來「過度設計」嗎？

願意失敗的哲學： James 用 SpaceX 類比：「Elon 開始 SpaceX 時火箭在爆炸，有人遊說國會說『只有 NASA 能做這個』，如果他沒開始，我們現在還在依賴俄羅斯發射能力。」SpaceX 願意炸火箭，找到「剛好夠用」的線，如果是政府建火箭，不能失敗（失敗一次資金就被砍），結果就是過度設計、成本高昂，Substrate 想用同樣哲學：願意犯錯、快速迭代、找到成本與性能的最佳平衡點。

垂直整合策略

Substrate 不是什麼都自己做，他們的原則是：「與最佳廠商合作，除非自己做能大幅降低成本和複雜性。」

會自己做的： X 光微影工具（核心技術）、其他「能大幅降本增效」的工具

會外購的： 蝕刻、沉積等成熟設備，向 Tokyo Electron、Lam Research 等採購

這不是要重新發明整個產業，而是在關鍵環節創新。

這對半導體產業意味著什麼？

對台積電和產業生態的影響

短期來看（5-10 年），這對台積電幾乎沒影響。

客戶鎖定效應太強。 Apple、NVIDIA、AMD 不會因為一個新技術就跳槽，這些客戶與台積電的關係是十幾年建立的，涉及製程調校（每個產品都要重新優化）、良率管理（從 50% 爬到 95% 需要時間）、產能規劃（提前兩年預訂）、IP 與設計工具整合，這不是「便宜」就能動搖的，Substrate 就算真的便宜 50%，客戶也得算轉換成本、風險、時間。

規模優勢難以撼動。 台積電的護城河不只是技術，更是規模，一座 5nm 晶圓廠一個月要生產 12 萬片晶圓才划算，這種產能需要多年累積，Substrate 2028 年第一座廠開始生產，那時台積電已經在更先進的節點（1nm？0.7nm？）量產好幾年了，這就像 SpaceX 再厲害，短期內也撼動不了波音在商用航空的地位，產業慣性、客戶關係、供應鏈整合，這些都是時間換來的。

真正有趣的是長期產業動態。

技術路線的開放性。 如果 X 光路線被證明可行，台積電也可能採用，就像當年從 DUV 轉 EUV，技術路線的選擇是開放的，台積電最強的能力不是「守住 EUV」，而是「快速學習和規模化新技術」，Substrate 如果成功，不一定是台積電的威脅，反而可能給產業多一個選項。

新市場的創造。 更重要的是，Substrate 瞄準的是台積電不太專注的領域：

• 小批量、快速迭代的設計（新創公司、研究機構）
• 因為成本放棄領先製程的產品（現在用 28nm，但其實想用 5nm）
• AI 時代會爆發的長尾晶片需求（每個模型都想要自己的晶片）

台積電的主戰場是 Apple、NVIDIA 這種年產數億顆的大客戶，Substrate 想做的是「讓更多人用得起先進製程」，這反而可能讓整個產業餅變大，從台灣的角度看，產業有多樣性不是壞事，ASML 的壟斷讓台積電在設備採購上議價能力有限，如果出現替代方案，反而可能降低台積電的設備成本。

對 ASML 的影響

短期（5 年）： 威脅極小，Substrate 不賣工具，自己用，ASML 的客戶（台積電、三星、Intel）短期內不會因此改變採購計畫。

中期（5-10 年）： 心理壓力，如果 Substrate 成功量產，證明有替代方案存在，ASML 的定價權可能受影響，但 ASML 也不是省油的燈，他們有資源和經驗，也可能投資 X 光技術。

長期： 技術路線競爭，可能開啟新的技術路線競爭，但歷史上設備商的壟斷很少被打破，Applied Materials、Lam Research 都幾十年了，地位依然穩固。

對美國半導體的意義

戰略意義： 減少對單一地區依賴（地緣政治風險）、重振美國製造、創造不對稱優勢（技術路線不同）。

與 CHIPS Act 的差別： CHIPS Act 是「補貼複製」，花錢讓 Intel、台積電在美國建廠，但技術路線和供應鏈還是一樣的，Substrate 是「技術路線創新」，如果成功，美國有了不同的技術路徑，不只是地理位置的分散。

In-Q-Tel（CIA 投資）的意義： 這不只是商業決策,也是國家安全考量，美國希望有自己的先進製程能力，不只是防禦（萬一台海有事），更是主動建立優勢。

成功的重要性： 如果成功，證明美國可以靠技術創新重奪領先，而不只是靠補貼和保護主義。如果失敗，警訊 - 光有錢、有實驗室、有人才還不夠，產業慣性比想像中強大。

這真的會成功嗎？

技術風險

講了這麼多，得誠實面對一個問題：這真的會成功嗎？從演示到量產，歷史上失敗案例太多了，Substrate 說他們已經演示了光源、光阻、機械傳動，但「演示」和「穩定量產」是兩回事。

量產要面對的問題：

• 散粒雜訊（短波長下會加劇，影響圖案精度）
• 次級電子模糊（限制解析度）
• X 光損傷（對既有結構的潛在傷害）
• 製程窗口（多重曝光雖然複雜，但提供了調整空間，單次曝光的容錯率更低）

良率爬坡需要時間，台積電每個新製程節點都要花 1-2 年爬良率，從 50% 到 95%，這是經驗累積，沒有捷徑，Substrate 是新公司，沒有這些經驗。

商業風險

資金需求巨大，一座領先製程晶圓廠要數十億美元，Substrate 已募 1 億美元，但這只是開始，他們需要持續募資，或者拿到政府補助（CHIPS Act）。

時間太長，變數太多，2028 年才有設施，2030 年才可能量產，三年後的半導體產業會是什麼樣？那時台積電在做 1nm？0.7nm？還是已經有別的技術突破？

市場接受度，即使技術可行、成本更低，客戶願意用嗎？晶片設計是高風險高成本的事，客戶會選擇「未經驗證的便宜方案」還是「經驗證的貴方案」？

競爭不會坐視，ASML 和台積電也會進化，如果 X 光真的有威脅，ASML 可能也投入研發，台積電可能找其他降本方法，競爭對手不會等你三年。

歷史教訓

X 光微影在 1990 年代就是這樣失敗的，當時也有實驗室成果，也有人相信可行，但最終被 EUV 打敗，歷史上多少「革命性技術」最終沒革命：

• 石墨烯（2010 年代的明星材料，現在呢？）
• 碳奈米管電晶體（研究了 20 年，還沒量產）
• 多少微影技術的替代方案（X 光、電子束、奈米壓印...）

半導體產業的慣性極大，技術領先不等於商業成功。

為何仍值得關注

James Proud 自己的評估：「成功率依然極低，數字在上升，但一切仍然不利。」但他接著說：「我們必須成功，所以我們會不惜一切。」為什麼值得做？他說：「夠重要，就值得嘗試。」這就夠了，我們不用預測 Substrate 會成功還是失敗，這個嘗試本身，就值得關注。

我們該如何看待這件事？

這是一個重要的產業實驗

我不知道 Substrate 會不會成功，但我知道，這是個重要的實驗。

如果成功： 技術路線創新可以打破壟斷，成本降低能開啟新市場，美國可以靠創新重奪製造領先。

如果失敗： 產業慣性比想像中強大，1990 年代選擇 EUV 是對的，台積電和 ASML 的護城河確實很深。

無論哪種結果，都是有價值的學習。

技術路線不是「必然」的

Substrate 的故事提醒我們：技術路線不是「必然」的，而是「被選擇」的，1990 年代產業選擇了 EUV，放棄了 X 光，這個選擇基於當時的技術成熟度、成本、產業鏈，但這不代表是唯一解，30 年後，粒子加速器技術成熟了、EUV 成本到極限了、地緣政治改變了，重新思考變得有意義。

這讓我想到第一性原理思考的力量：當既有路徑遇到瓶頸，回到根本問題重新思考，有時會發現被忽略的選項。

關於「1% 成功率」的思考

什麼事值得在 1% 成功率下嘗試？James Proud 的答案是：如果夠重要，就值得。

半導體製造對美國夠重要嗎？對國家安全、經濟競爭力、技術主導權？如果答案是肯定的，那 1% 的成功率也值得賭，這不是盲目樂觀，而是理性評估後的選擇：成功的價值極大，失敗的代價可承受（1 億美元對創投來說不是天文數字），所以值得嘗試。

我能理解這個邏輯，有些事不是「成功率高」才做，而是「夠重要」就該做。

2028 年見

Substrate 的故事還沒結束，現在只是開始，2028 年，我們會知道第一座廠有沒有建成、第一片晶圓有沒有流出來、良率有沒有達標，2030 年，我們會知道有沒有客戶願意用、成本有沒有真的降 50%、台積電和 ASML 有沒有感受到壓力，在那之前，這是一個值得追蹤的故事。

相關資料：

Stratechery: An Interview with Substrate CEO James Proud About Building a Disruptive Foundry in America

SemiAnalysis: How to Kill 2 Monopolies with 1 Tool

Substrate 官方網站: https://substrate.com/