《华尔街日报》丨微芯片时代即将终结

The Microchip Era Is About to End

未来的关键在于晶圆。数据中心的规模将缩小至一个箱体大小，而非如今消耗大量能源的庞大建筑。

作者：乔治·吉尔德（George Gilder）

时间：2025年11月3日 美国东部时间下午1:34

我们正处于微芯片时代，这个时代预示着一场工业革命，将把人工智能带入几乎所有人类活动中。

这个时代的典型代表是英伟达公司。其约5万亿美元的市值使其成为全球市值最高的公司。英伟达创始人兼首席执行官黄仁勋上周在华盛顿举行的公司人工智能大会上惊艳了全场。在主题演讲中，黄仁勋详细介绍了英伟达芯片带来的技术突破，并感谢特朗普总统通过相关能源政策，将芯片制造从亚洲带回美国，为美国本土人工智能微芯片生产创造了条件。

英伟达最新的芯片大多封装在塑料外壳中，外形类似蚂蚁或甲虫，铜线则如同它们的“腿”。每颗芯片可容纳多达2080亿个晶体管开关，成本约为3万美元。在一项革命性突破中，这些数据中心芯片不再像笔记本电脑中的中央处理器那样独立运行。相反，当数千甚至数百万颗芯片在数据中心中相互连接时，它们会形成一台“超大规模”计算机，其协同运算能力即被定义为人工智能。目前全球最先进的数据中心是位于田纳西州孟菲斯市的“巨像2号”（Colossus 2），它是埃隆·马斯克旗下xAI公司的核心引擎。作为Grok人工智能助手和自动驾驶汽车的技术来源，“巨像2号”预计将100万颗英伟达芯片整合到一台庞大的计算机中。

“芯片”已然占据了当今时代的主流视野，以至于就连新型设备的制造商，也将其潜在继任者称为“巨型芯片”或“超级芯片”。但实际上，这种新型设备与微芯片完全相反——它没有独立的处理单元或存储模块，也没有带金属线“腿”的塑料封装。

美国政府将芯片视为至关重要的战略资源。2022年出台的《芯片与科学法案》（Chips Act）授权超过2000亿美元资金，用于支持美国本土的芯片制造，并防止技术流向东方大国。从芯片制造设备龙头企业阿斯麦（ASML）所在的荷兰，到拥有台积电的中国台湾地区，微芯片深刻影响着美国的外交政策。其中，台积电在高端芯片市场占据超过95%的份额，而这类芯片正是智能手机及其他先进设备的核心组件。

美国通过切断中国芯片市场（该市场聚集了全球多数半导体工程师），其产业政策虽阻碍了本国晶圆制造设备（芯片生产的关键设备）生产商的发展，却并未减缓中国的技术崛起。自2020年前后这些保护主义政策实施以来，中国半导体资本设备产量的年增长率达到30%至40%，而美国的年增长率仅约为10%。

这一变化与2019年5月及之后美国对中国科技巨头华为电信设备实施禁令的影响如出一辙。2021年至2024年间，该禁令导致美国企业对华为的销售额减少了330亿美元，但华为的全球市场份额反而有所扩大。

产业政策与保护主义往往倾向于扶持那些面临淘汰风险的现有产业。从这一点来看，《芯片与科学法案》及相关禁令、关税，与为汽油中的乙醇、路易斯安那州的甜菜提供补贴，或是在莱斯大学已研发出从电子废弃物中高效提取稀土的新技术之际，仍为稀土矿开采提供补贴的做法并无二致。所有这些旨在保护美国微芯片生产的努力，都恰好发生在“微芯片时代即将终结”这一无可否认的预兆之下。

这一趋势的信号，清晰体现在一台决定并限制芯片尺寸与密度的关键精密设备的物理原理中。我们中的一些人将其称为“极限机器”（Extreme Machine）。该设备的最新型号由阿斯麦制造，可实现高数值孔径极紫外光刻。非中国企业若要购买这台设备，需支付约3.8亿美元。截至目前，该设备已售出约44台。它的运输需要约250个包装箱，且需要数百名专业工程师耗时约6个月才能完成安装。IBM研究主管达里奥·吉尔（Darío Gil）将其称为“全球最复杂的机器”。

这台“极限机器”本质上是一种特殊相机。它通过带有芯片设计图案的石英-铬光罩，将光图案投射到12英寸硅晶圆表面的“胶片”或“光刻胶”上。

支配这台“极限机器”所有运作的，是物理定律与工程限制的结合，这一结合被统称为“光罩极限”（reticle limit）。光罩决定了芯片的尺寸，而芯片尺寸又决定了人工智能计算的粒度。因此，光罩极限决定了要完成某项人工智能任务，必须连接多少个图形处理单元（GPU，其中大部分来自英伟达）。一旦超过某个临界点——约800平方毫米（即1.25平方英寸），光的物理特性与光速就会禁止更大尺寸的芯片设计。

在英伟达主导的庞大超大规模数据中心中，“光罩极限”带来的影响体现为复杂度不断攀升。其结果是：芯片和“芯粒”（chiplets）变得更小、密度更高，且每个组件都有复杂的封装，这使得人们更需要将这些分散的运算过程最终重新整合，以实现连贯的运算结果。计算过程必须先分散到多颗芯片中，之后再重新整合。这一过程导致芯片之间的通信开销增加，进而需要更复杂的封装、更多的金属线和光纤连接。

“光罩极限”这一不可逆转的限制，最终将导致微芯片时代的终结。那么，下一代技术是什么？答案是“晶圆级集成”（wafer-scale integration）模式——这种模式将完全绕过传统芯片。马斯克曾在特斯拉的“道场”（Dojo）计算机项目（该项目现已解散）中率先提出这一概念，如今该技术理念已在DensityAI公司得以延续。

美国加利福尼亚州帕洛阿尔托市的赛睿博思公司（Cerebras）在其WSE-3晶圆级引擎中应用了这一概念。WSE-3拥有约4万亿个晶体管，数量是英伟达Blackwell芯片的14倍，内存带宽更是后者的7000倍。赛睿博思将存储模块直接集成在晶圆上，而非将其置于远处的芯片或芯粒中，避免了构建高带宽内存迷宫的需求。该公司还将16个晶圆级引擎堆叠在一起，从而将一个数据中心的规模缩小到一个装有64万亿个晶体管的小箱体中。

另一位致力于推动全晶圆级技术未来的人物，是全球第三大晶圆制造设备公司泛林集团（Lam Research Corp.）的创始人David Lam。2010年，Lam创立了Multibeam公司，该公司研发出一种可实现多列电子束光刻的设备。这项技术使制造商能够突破“光罩极限”。Multibeam已成功演示了在8英寸晶圆上直接刻写电路的能力。看啊——没有芯片！没有依赖中国！（甚至不需要依赖中国台湾地区！）也不需要在菲律宾或深圳进行复杂的封装加工！

微芯片时代之后，搭载晶圆级处理器、规模仅为一个箱体大小的数据中心时代即将到来。

作者吉尔德先生著有《资本主义之后的生活：经济学的信息理论》（Life After Capitalism: The Information Theory of Economics）一书。

（图片说明：黄仁勋在华盛顿，摄于10月28日。图片来源：肯特·西村（Kent Nishimura）/彭博新闻社（Bloomberg News））

本文以The Microchip Era Is About to End为题，刊登于2025年11月4日的《华尔街日报》印刷版报纸。

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