10 月 28 日牛管家，一家名为 Substrate 的神秘硅谷初创公司突然浮出水面，宣称已开发出能够与荷兰巨头 ASML 竞争的光刻技术。
这家成立仅三年的公司刚刚完成 1 亿美元种子轮融资，估值已超过 10 亿美元，投资方包括彼得·蒂尔的 Founders Fund、General Catalyst、Valor Equity Partners 等知名机构，甚至还有美国中央情报局支持的非营利组织 In-Q-Tel 参与其中。这笔资金将用于支持 Substrate 打造一种全新的芯片制造方法，目标是将先进制程的成本降低一半，并最终在美国本土建立完整的晶圆厂。
提出这个宏大计划的人是 34 岁的英裔美国人詹姆斯·普劳德 (James Proud)。他没有大学文凭，更没有半导体行业经验，却正试图挑战全球最复杂的制造业之一。今年 3 月，普劳德坐在美国副总统 JD·万斯的办公室里，向其解释 Substrate 如何利用粒子加速器开发出一种替代性的半导体制造工艺。当万斯问他何时做到这一点时，普劳德回答说：“我只能说，疫情期间我过得很充实。”
普劳德的创业履历颇为曲折。2011 年，还是少年的他成为彼得·蒂尔奖学金项目（Thiel Fellowship）首批成员，这个项目为 20 岁以下的年轻创业者提供 10 万美元资助，条件是放弃或跳过大学教育。
普劳德的第一家公司 GigLocator 是一个演唱会信息聚合网站，17 岁时创立，2012 年即被出售。第二次创业让普劳德尝到了成功的滋味，也体会了失败的苦涩。2012 年他创立 Hello 公司，开发了一款名为 Sense 的睡眠追踪设备——一个网球大小的智能球体，放在床头柜上监测睡眠环境。
这家公司曾是硅谷的明星创业项目，在 Kickstarter 上筹集了 240 万美元，后续又获得新加坡淡马锡控股等机构的 4,000 万美元投资，估值一度达到 2.5 亿至 3 亿美元。
然而好景不长，2017 年 6 月，Hello 在经历五年运营后突然宣布关闭，公司试图将产品推向 Best Buy 和 Target 等零售渠道，却在供应链管理、市场营销等环节遭遇滑铁卢，最终连账单都付不起。与 Fitbit 的收购谈判也未能达成。
Hello 的失败并未击垮普劳德。2023 年他还推出过 Config，一个面向硬件团队的协作平台，试图解决他在 Hello 遇到的硬件开发协调问题。
但真正让他找到人生使命的，是对半导体产业链的深入研究。2019 年前后，普劳德开始关注全球芯片供应链的地缘政治风险。那一年，他成为美国公民并放弃英国国籍，还为特朗普第一届政府撰写政策文件，呼吁启动芯片制造的“曼哈顿计划”。
众所周知，当下全球先进芯片制造完全依赖于 EUV 极紫外光刻（Extreme Ultraviolet Lithography）技术。ASML 的 EUV 光刻机是校车般大小的精密仪器牛管家，使用高功率激光将熔融锡液滴转化为极紫外光，在硅片上蚀刻出纳米级电路。这些机器每台售价约 4 亿美元，复杂程度令人咋舌，包含超过 10 万个零部件。ASML 在这个领域拥有 100% 的市场份额，没有任何竞争对手。
Substrate 的技术路线则走向了另一个方向：X 射线光刻。通过粒子加速器产生更短波长的 X 射线作为光源，再通过定制的光刻工具将图案投射到硅片上。普劳德声称这种方法能创造出更窄的光束，实现与 ASML 最先进 High NA EUV 机器相当的 12 纳米特征分辨率。如果这一切属实，Substrate 的设备不仅体积更小，成本也将大幅降低。
那么，Substrate 凭什么认为自己能成功？普劳德组建了一支约 50 人的团队，成员来自美国劳伦斯利弗莫尔国家实验室等顶尖研究机构，其中一些人在 1980 年代就参与了 EUV 技术的早期研发。团队还包括来自台积电、IBM、AMD、苹果、应用材料和高通等公司的工程师。其声称其技术完全自主研发，不使用任何外部的光刻工具或知识产权。
另外，Substrate 声称从创立之初就大量使用 AI 加速他们的研发流程。“我们利用 GPU 和 TPU 构建端到端物理仿真系统，涵盖从粒子加速器、光学系统到最终晶体管设计的全流程，将原本需要数年才能解决的问题压缩到几天内完成。这种 AI 驱动的研发方式，让一家初创公司得以用远低于传统方式的时间和成本推进技术迭代。”官网写道。
2024 年初，Substrate 在湾区一个粒子加速器设施进行了关键测试。过程并不非常顺利，粒子加速器附近的振动导致设备晃动，图像模糊。经过一整天疯狂排查团队才发现罪魁祸首是空调系统。调整风扇转速后，设备终于在硅片上重复打印出“非常精美和微小的东西”，普劳德如是说。
IBM 前半导体制造技术先驱约翰·凯利 (John E. Kelly) 审阅了这些图像后评价说它们“极其出色、极其清晰”，证明了一个非常复杂的技术过程确实可行。但凯利也指出，Substrate 还需要跨越更艰巨的障碍：建造数十亿美元的工厂、寻找客户、从老牌公司获得某些技术授权。“他现在在第一个大本营，”凯利用登珠峰比喻，“距离登顶还有很长的路。”
甚至，Substrate 的野心还远不止制造光刻机。其终极目标是建立完全垂直整合的芯片制造供应链，从设备生产到晶圆制造全部自己掌控。这与当今行业的专业化分工模式完全相反，通常由 ASML 提供设备，台积电负责制造，英伟达等公司做设计，各司其职。
普劳德认为垂直整合能显著降低成本，因为可以内部制造所需工具，并使用更简化的工艺。他声称 Substrate 的光刻技术无需多重曝光（multi-patterning），而这正是当前先进制程的主要成本来源之一。
然而质疑声同样强烈。Bernstein 分析师戴维·代（David Dai）在研究报告中指出，X 射线光刻方法以前就有人尝试过，但都没成功（ASML 自己也曾测试过这条技术路线，最终放弃了）。
更重要的是，Substrate 缺乏行业支持。如果真相信自己的技术，唯一可行的办法是围绕它建立生态系统，让整个行业协同工作。但 Substrate 选择同时扮演 ASML 和台积电的角色牛管家，这消除了任何生态系统合作的可能。
Substrate 声称其光刻技术能以与 ASML 最先进机器相当的分辨率打印图像，但专家质疑公司能否在大规模生产所需的大面积硅片上保持这种精度，并以极高速度运行。专家们指出，呈现几张高质量的测试图像是一回事，在 300 毫米晶圆上以每小时数十片的速度稳定重复则完全是另一回事。这需要解决热管理、振动控制、光学系统稳定性等一系列工程难题，而这些正是 ASML 花费数十年才攻克的。
尽管面临重重质疑，Substrate 已经吸引了美国政府的高度关注。特朗普政府将半导体生产视为国家安全优先事项，最近甚至指示政府购入英特尔股份。商务部长霍华德·卢特尼克（Howard Lutnick）曾多次与普劳德会面，Substrate 也与商务部、能源部等机构进行了讨论。不过，拜登政府最初对 Substrate 的态度其实较为谨慎。
据两位知情人士透露，拜登政府担心 Substrate 计划使用单一粒子加速器为多台光刻设备同时提供光源，这虽然能降低成本，但一旦发生故障可能导致整个工厂停工。因此当初抵制了普劳德请求的超过 10 亿美元 CHIPS 法案资金。普劳德回应说商务部从未正式拒绝申请，公司的制造流程设计也考虑了避免停机时间。
高能 X 射线束专家、美国橡树岭国家实验室主任斯蒂芬·斯特赖弗（Stephen Streiffer）却对 Substrate 的技术持乐观态度，认为这给了美国夺回半导体市场的机会。“这是一项具有国家重要性的工作，他们知道自己在做什么，”他评价道。
普劳德本人对此使命感很强。他认为光刻和先进芯片制造曾是明确的美国技术，却被轻率地让给了竞争对手。在他看来，在这些领域落后于竞争对手将是灾难性的错误。“这就是我说的意识形态驱动，”普劳德说道，“科技行业里赚钱的门路多得是，但很少有人会选择我们这么难走的路。”
Substrate 目前已开始为第一座工厂选址，与德克萨斯农工大学大学讨论在其校园建造粒子加速器和工厂，预算约 100 亿美元。公司还与英特尔就技术问题进行了初步讨论，尽管英特尔拒绝置评。
普劳德表示，按照目前计划，设备可能在“几年内”在美国芯片制造厂投入生产，公司目标是 2028 年生产出第一批芯片。这个时间表在行业人士看来过于乐观。即便技术完全成熟，Substrate 还需要组建完整的供应链，开发可与台积电 2 纳米工艺媲美的制造流程，建立客户基础，实现规模化生产。每一步都需要数年时间和数十亿美元投入。
Substrate 的故事也折射出美国芯片产业的焦虑与雄心。从普劳德这个没有行业背景的连续创业者，到蒂尔、CIA 机构等愿意支持高风险尝试的资本，再到政府高层的关注，各方都在寻找打破现有垄断格局的可能性。
X 射线光刻不是一个新概念，几十年来科学家多次尝试都未能商业化，但在当前地缘政治紧张、供应链脆弱性凸显的背景下，这条被放弃的技术路线重新获得了机会。除了 Substrate，湾区还有另一家名为 xLight 的公司也在研究用粒子加速器为未来 ASML 设备提供主要光源，日本研究人员同样在探索相关技术。
成功的概率有多大？大多数行业专家会说微乎其微。芯片制造的壁垒不只是技术，更是数十年积累的工艺经验、供应链网络、人才储备和资本密集度。ASML 的 EUV 技术花了近二十年和数百亿美元才成熟，台积电的领先地位同样建立在持续的巨额投入之上。一家初创公司要在几年内复制这些成就，听起来确实有点天方夜谭。
更何况，即便 Substrate 的光刻设备真能达到宣称的性能，它还需要整合数百种其他半导体制造工艺和设备——从化学气相沉积到离子注入，从化学机械抛光到测试封装——每一个环节都有各自的技术门槛和供应商垄断。
对此，普劳德的回应是：正因为他没有行业背景，所以没有被传统思维束缚。“如果我来自现有行业，我可能不会相信这是可能的，因为我可能太清楚这有多难了”。
对于押注 Substrate 的投资人来说，他们显然相信有些游戏规则需要被打破。正如 General Catalyst 董事总经理保罗·宽（Paul Kwan）所说：“打破这个僵局的唯一办法，就是用一种截然不同的方式，从一张白纸开始。只有这样，你才能战胜这一切看似疯狂的挑战。”
参考资料：
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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