2025年3月，谦逊的、没上过大学的英裔美国人詹姆斯·普劳德（James Proud）坐在美国副总统詹姆斯·戴维·万斯（JD Vance）的办公室里，向对方解释了自己的硅谷初创公司Substrate是如何开发出替代性的半导体制造工艺的，这是技术领域最基础且最棘手的挑战之一。

过去10年，半导体制造一直是由一台校车般大小的机器在耗资250亿美元的无菌工厂内，利用光将图案蚀刻到硅片上。这种来自荷兰公司阿斯麦（ASML）的机器对智能手机、人工智能系统及军事芯片的制造至关重要，因此美国已通过出口管制限制其对华销售。

但普劳德表示，他的公司研究出了一种解决方案，通过将来自巨型仪器粒子加速器的光线引导到一个汽车大小的设备中，可降低一半制造成本。这项技术使Substrate能够打印出高分辨率的微芯片层，且堪比全球领先的半导体工厂所生产的图像。目前，Substrate已经拿到超过1亿美元的投资。

安排了这次会面的亚利桑那州原参议员、Substrate的顾问克里斯滕·西内玛（Kyrsten Sinema）称，万斯当时问道：“你们什么时候做到的？”普劳德回答说：“我只能说，疫情期间我过得很充实。”

Substrate的技术突破此前从未被报道过，它建立在科学界多年来利用粒子加速器制造半导体的研究基础之上。几十年来，科学家们一直在用这些机器做实验。粒子加速器可以加速电子，使其以光速击中目标。一些研究人员曾成功用这种方式打印图案，但由于成本高昂、可靠性不足，这一工艺不曾被商业化。

到2030年，芯片工厂的建造成本预计将达500亿美元。一些初创公司已重新审视这一工艺，希望以此降低成本。

他们瞄准的正是技术领域最棘手的挑战之一：从根本上改变芯片的制造方式。这项任务十分艰巨，近几十年来几乎没有人尝试过。这也解释了为什么荷兰公司阿斯麦能一直独占全球光刻机市场。

现年34岁的普劳德希望通过将专门的粒子加速器与特制的光刻机相结合，使光线穿过芯片设计图并投射到硅片上，来突破这一难关。从证明这一工艺可行到实现商业化，他仍有漫长的路要走。成功与否取决于他的初创公司能否扫清一系列商业障碍，包括建厂、寻找客户以及规模化生产。