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(gè)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(shí)間：2025年11月3日 美國東部時(shí)間下午1:34

我們正處于微芯片時(shí)代，這個(gè)時(shí)代預(yù)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(dòng)中。

這個(gè)時(shí)代的典型代表是英偉達(dá)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(dá)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(huì)上驚艷了全場。在主題演講中，黃仁勛詳細(xì)介紹了英偉達(dá)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(dá)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(dá)2080億個(gè)晶體管開關(guān)，成本約為3萬美元。在一項(xiàng)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(dú)立運(yùn)行。相反，當(dāng)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(shí)，它們會(huì)形成一臺(tái)“超大規(guī)?！庇?jì)算機(jī)，其協(xié)同運(yùn)算能力即被定義為人工智能。目前全球最先進(jìn)的數(shù)據(jù)中心是位于田納西州孟菲斯市的“巨像2號(hào)”（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(dòng)駕駛汽車的技術(shù)來源，“巨像2號(hào)”預(yù)計(jì)將100萬顆英偉達(dá)芯片整合到一臺(tái)龐大的計(jì)算機(jī)中。

“芯片”已然占據(jù)了當(dāng)今時(shí)代的主流視野，以至于就連新型設(shè)備的制造商，也將其潛在繼任者稱為“巨型芯片”或“超級(jí)芯片”。但實(shí)際上，這種新型設(shè)備與微芯片完全相反——它沒有獨(dú)立的處理單元或存儲(chǔ)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(tái)的《芯片與科學(xué)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(shè)備龍頭企業(yè)阿斯麥（ASML）所在的荷蘭，到擁有臺(tái)積電的中國臺(tái)灣地區(qū)，微芯片深刻影響著美國的外交政策。其中，臺(tái)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(jī)及其他先進(jìn)設(shè)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(dǎo)體工程師），其產(chǎn)業(yè)政策雖阻礙了本國晶圓制造設(shè)備（芯片生產(chǎn)的關(guān)鍵設(shè)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(hù)主義政策實(shí)施以來，中國半導(dǎo)體資本設(shè)備產(chǎn)量的年增長率達(dá)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(shè)備實(shí)施禁令的影響如出一轍。2021年至2024年間，該禁令導(dǎo)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(kuò)大。

產(chǎn)業(yè)政策與保護(hù)主義往往傾向于扶持那些面臨淘汰風(fēng)險(xiǎn)的現(xiàn)有產(chǎn)業(yè)。從這一點(diǎn)來看，《芯片與科學(xué)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(bǔ)貼，或是在萊斯大學(xué)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(bǔ)貼的做法并無二致。所有這些旨在保護(hù)美國微芯片生產(chǎn)的努力，都恰好發(fā)生在“微芯片時(shí)代即將終結(jié)”這一無可否認(rèn)的預(yù)兆之下。

這一趨勢的信號(hào)，清晰體現(xiàn)在一臺(tái)決定并限制芯片尺寸與密度的關(guān)鍵精密設(shè)備的物理原理中。我們中的一些人將其稱為“極限機(jī)器”（Extreme Machine）。該設(shè)備的最新型號(hào)由阿斯麥制造，可實(shí)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(tái)設(shè)備，需支付約3.8億美元。截至目前，該設(shè)備已售出約44臺(tái)。它的運(yùn)輸需要約250個(gè)包裝箱，且需要數(shù)百名專業(yè)工程師耗時(shí)約6個(gè)月才能完成安裝。IBM研究主管達(dá)里奧·吉爾（Darío Gil）將其稱為“全球最復(fù)雜的機(jī)器”。

這臺(tái)“極限機(jī)器”本質(zhì)上是一種特殊相機(jī)。它通過帶有芯片設(shè)計(jì)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(tái)“極限機(jī)器”所有運(yùn)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(jì)算的粒度。因此，光罩極限決定了要完成某項(xiàng)人工智能任務(wù)，必須連接多少個(gè)圖形處理單元（GPU，其中大部分來自英偉達(dá)）。一旦超過某個(gè)臨界點(diǎn)——約800平方毫米（即1.25平方英寸），光的物理特性與光速就會(huì)禁止更大尺寸的芯片設(shè)計(jì)。

在英偉達(dá)主導(dǎo)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(fù)雜度不斷攀升。其結(jié)果是：芯片和“芯?！保╟hiplets）變得更小、密度更高，且每個(gè)組件都有復(fù)雜的封裝，這使得人們更需要將這些分散的運(yùn)算過程最終重新整合，以實(shí)現(xiàn)連貫的運(yùn)算結(jié)果。計(jì)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(dǎo)致芯片之間的通信開銷增加，進(jìn)而需要更復(fù)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(dǎo)致微芯片時(shí)代的終結(jié)。那么，下一代技術(shù)是什么？答案是“晶圓級(jí)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(jì)算機(jī)項(xiàng)目（該項(xiàng)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(jí)引擎中應(yīng)用了這一概念。WSE-3擁有約4萬億個(gè)晶體管，數(shù)量是英偉達(dá)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(chǔ)模塊直接集成在晶圓上，而非將其置于遠(yuǎn)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(gè)晶圓級(jí)引擎堆疊在一起，從而將一個(gè)數(shù)據(jù)中心的規(guī)模縮小到一個(gè)裝有64萬億個(gè)晶體管的小箱體中。

另一位致力于推動(dòng)全晶圓級(jí)技術(shù)未來的人物，是全球第三大晶圓制造設(shè)備公司泛林集團(tuán)（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(shí)現(xiàn)多列電子束光刻的設(shè)備。這項(xiàng)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。看啊——沒有芯片！沒有依賴中國！（甚至不需要依賴中國臺(tái)灣地區(qū)?。┮膊恍枰诜坡少e或深圳進(jìn)行復(fù)雜的封裝加工！

微芯片時(shí)代之后，搭載晶圓級(jí)處理器、規(guī)模僅為一個(gè)箱體大小的數(shù)據(jù)中心時(shí)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(jì)學(xué)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(bào)》印刷版報(bào)紙。

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