The Microchip Era Is About to End

未來的關(guān)鍵在于晶圓。數(shù)據(jù)中心的規(guī)模將縮小至一個箱體大小，而非如今消耗大量能源的龐大建筑。

作者：喬治·吉爾德（George Gilder）

時間：2025年11月3日 美國東部時間下午1:34

我們正處于微芯片時代，這個時代預示著一場工業(yè)革命，將把人工智能帶入幾乎所有人類活動中。

這個時代的典型代表是英偉達公司。其約5萬億美元的市值使其成為全球市值最高的公司。英偉達創(chuàng)始人兼首席執(zhí)行官黃仁勛上周在華盛頓舉行的公司人工智能大會上驚艷了全場。在主題演講中，黃仁勛詳細介紹了英偉達芯片帶來的技術(shù)突破，并感謝特朗普總統(tǒng)通過相關(guān)能源政策，將芯片制造從亞洲帶回美國，為美國本土人工智能微芯片生產(chǎn)創(chuàng)造了條件。

英偉達最新的芯片大多封裝在塑料外殼中，外形類似螞蟻或甲蟲，銅線則如同它們的“腿”。每顆芯片可容納多達2080億個晶體管開關(guān)，成本約為3萬美元。在一項革命性突破中，這些數(shù)據(jù)中心芯片不再像筆記本電腦中的中央處理器那樣獨立運行。相反，當數(shù)千甚至數(shù)百萬顆芯片在數(shù)據(jù)中心中相互連接時，它們會形成一臺“超大規(guī)?！庇嬎銠C，其協(xié)同運算能力即被定義為人工智能。目前全球最先進的數(shù)據(jù)中心是位于田納西州孟菲斯市的“巨像2號”（Colossus 2），它是埃隆·馬斯克旗下xAI公司的核心引擎。作為Grok人工智能助手和自動駕駛汽車的技術(shù)來源，“巨像2號”預計將100萬顆英偉達芯片整合到一臺龐大的計算機中。

“芯片”已然占據(jù)了當今時代的主流視野，以至于就連新型設備的制造商，也將其潛在繼任者稱為“巨型芯片”或“超級芯片”。但實際上，這種新型設備與微芯片完全相反——它沒有獨立的處理單元或存儲模塊，也沒有帶金屬線“腿”的塑料封裝。

美國政府將芯片視為至關(guān)重要的戰(zhàn)略資源。2022年出臺的《芯片與科學法案》（Chips Act）授權(quán)超過2000億美元資金，用于支持美國本土的芯片制造，并防止技術(shù)流向東方大國。從芯片制造設備龍頭企業(yè)阿斯麥（ASML）所在的荷蘭，到擁有臺積電的中國臺灣地區(qū)，微芯片深刻影響著美國的外交政策。其中，臺積電在高端芯片市場占據(jù)超過95%的份額，而這類芯片正是智能手機及其他先進設備的核心組件。

美國通過切斷中國芯片市場（該市場聚集了全球多數(shù)半導體工程師），其產(chǎn)業(yè)政策雖阻礙了本國晶圓制造設備（芯片生產(chǎn)的關(guān)鍵設備）生產(chǎn)商的發(fā)展，卻并未減緩中國的技術(shù)崛起。自2020年前后這些保護主義政策實施以來，中國半導體資本設備產(chǎn)量的年增長率達到30%至40%，而美國的年增長率僅約為10%。

這一變化與2019年5月及之后美國對中國科技巨頭華為電信設備實施禁令的影響如出一轍。2021年至2024年間，該禁令導致美國企業(yè)對華為的銷售額減少了330億美元，但華為的全球市場份額反而有所擴大。

產(chǎn)業(yè)政策與保護主義往往傾向于扶持那些面臨淘汰風險的現(xiàn)有產(chǎn)業(yè)。從這一點來看，《芯片與科學法案》及相關(guān)禁令、關(guān)稅，與為汽油中的乙醇、路易斯安那州的甜菜提供補貼，或是在萊斯大學已研發(fā)出從電子廢棄物中高效提取稀土的新技術(shù)之際，仍為稀土礦開采提供補貼的做法并無二致。所有這些旨在保護美國微芯片生產(chǎn)的努力，都恰好發(fā)生在“微芯片時代即將終結(jié)”這一無可否認的預兆之下。

這一趨勢的信號，清晰體現(xiàn)在一臺決定并限制芯片尺寸與密度的關(guān)鍵精密設備的物理原理中。我們中的一些人將其稱為“極限機器”（Extreme Machine）。該設備的最新型號由阿斯麥制造，可實現(xiàn)高數(shù)值孔徑極紫外光刻。非中國企業(yè)若要購買這臺設備，需支付約3.8億美元。截至目前，該設備已售出約44臺。它的運輸需要約250個包裝箱，且需要數(shù)百名專業(yè)工程師耗時約6個月才能完成安裝。IBM研究主管達里奧·吉爾（Darío Gil）將其稱為“全球最復雜的機器”。

這臺“極限機器”本質(zhì)上是一種特殊相機。它通過帶有芯片設計圖案的石英-鉻光罩，將光圖案投射到12英寸硅晶圓表面的“膠片”或“光刻膠”上。

支配這臺“極限機器”所有運作的，是物理定律與工程限制的結(jié)合，這一結(jié)合被統(tǒng)稱為“光罩極限”（reticle limit）。光罩決定了芯片的尺寸，而芯片尺寸又決定了人工智能計算的粒度。因此，光罩極限決定了要完成某項人工智能任務，必須連接多少個圖形處理單元（GPU，其中大部分來自英偉達）。一旦超過某個臨界點——約800平方毫米（即1.25平方英寸），光的物理特性與光速就會禁止更大尺寸的芯片設計。

在英偉達主導的龐大超大規(guī)模數(shù)據(jù)中心中，“光罩極限”帶來的影響體現(xiàn)為復雜度不斷攀升。其結(jié)果是：芯片和“芯粒”（chiplets）變得更小、密度更高，且每個組件都有復雜的封裝，這使得人們更需要將這些分散的運算過程最終重新整合，以實現(xiàn)連貫的運算結(jié)果。計算過程必須先分散到多顆芯片中，之后再重新整合。這一過程導致芯片之間的通信開銷增加，進而需要更復雜的封裝、更多的金屬線和光纖連接。

“光罩極限”這一不可逆轉(zhuǎn)的限制，最終將導致微芯片時代的終結(jié)。那么，下一代技術(shù)是什么？答案是“晶圓級集成”（wafer-scale integration）模式——這種模式將完全繞過傳統(tǒng)芯片。馬斯克曾在特斯拉的“道場”（Dojo）計算機項目（該項目現(xiàn)已解散）中率先提出這一概念，如今該技術(shù)理念已在DensityAI公司得以延續(xù)。

美國加利福尼亞州帕洛阿爾托市的賽睿博思公司（Cerebras）在其WSE-3晶圓級引擎中應用了這一概念。WSE-3擁有約4萬億個晶體管，數(shù)量是英偉達Blackwell芯片的14倍，內(nèi)存帶寬更是后者的7000倍。賽睿博思將存儲模塊直接集成在晶圓上，而非將其置于遠處的芯片或芯粒中，避免了構(gòu)建高帶寬內(nèi)存迷宮的需求。該公司還將16個晶圓級引擎堆疊在一起，從而將一個數(shù)據(jù)中心的規(guī)?？s小到一個裝有64萬億個晶體管的小箱體中。

另一位致力于推動全晶圓級技術(shù)未來的人物，是全球第三大晶圓制造設備公司泛林集團（Lam Research Corp.）的創(chuàng)始人David Lam。2010年，Lam創(chuàng)立了Multibeam公司，該公司研發(fā)出一種可實現(xiàn)多列電子束光刻的設備。這項技術(shù)使制造商能夠突破“光罩極限”。Multibeam已成功演示了在8英寸晶圓上直接刻寫電路的能力?？窗　獩]有芯片！沒有依賴中國?。ㄉ踔敛恍枰蕾囍袊_灣地區(qū)?。┮膊恍枰诜坡少e或深圳進行復雜的封裝加工！

微芯片時代之后，搭載晶圓級處理器、規(guī)模僅為一個箱體大小的數(shù)據(jù)中心時代即將到來。

作者吉爾德先生著有《資本主義之后的生活：經(jīng)濟學的信息理論》（Life After Capitalism: The Information Theory of Economics）一書。

（圖片說明：黃仁勛在華盛頓，攝于10月28日。圖片來源：肯特·西村（Kent Nishimura）/彭博新聞社（Bloomberg News））

本文以The Microchip Era Is About to End為題，刊登于2025年11月4日的《華爾街日報》印刷版報紙。

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