半導體領域的事兒,越來越「矛盾」。
晶體管的通道、軟硬件之間的「次元壁」越來越小。而國家之間的「墻」越來越大。
在越來越小的領域,輝達、AMD和台積電賺得盆滿缽滿。在越來越大的領域,金錢像籌碼一樣押在蹺蹺板的兩頭——一頭是美國,身後坐著拉美「後院」夥伴,非洲國家跟隨其後;一頭是中國,東南亞和南亞正等著溢位的供應鏈;中國台灣、日本和南韓首鼠兩端。
更頑固的是消費者,今年大夥兒牢牢捂緊錢包,什麽也不想買。隨著當選總統特朗普第二任期的逼近,更多的出口禁令、更高的關稅、供應過剩和更富創造性的制裁規避方法將在2025年出現。
越來越小
按價值計算,半導體現在是世界上交易量第三大的商品,僅次於石油和汽車。
處理能力每兩年翻一番的摩爾定律,成功執行了半個多世紀。2017年,輝達創始人黃仁勛宣布摩爾定律已死。2024年,摩爾創立的英特爾的行政總裁帕特·基辛格堅稱摩爾定律還活著,年底,基辛格被大失所望的股東「炒了魷魚」。
在2024年,芯片的技術進步依然是縮小體積,但努力得很艱難。
在大部份歷史時期,晶體管的原則都是不斷擴充套件——邏輯門縮小,功率減少,速度更快。這樣的時代已經結束。最新的AI處理器把一大堆晶體管塞進芯片,或把多個迷你芯片塞進封裝,而效能提升的代價高昂:消耗能量激增。像輝達的Blackwell芯片,執行速度是上一代的5倍,但消耗功率增加了70%。
Blackwell GPU/圖源:輝達
數據中心捆綁成百上千的芯片,執行人工智能大模型。ChatGPT制造商OpenAI消耗了50吉瓦時(一千兆瓦的電力在一小時產生的能量)來訓練GPT-4。
國際能源署估算,2022年數據中心一共消耗了460太瓦時(一萬億瓦特的電力在一小時產生的能量),占全球電力需求的2%,到2026年,這一數碼翻一番。
在摩爾定律衰落的時代,提升電腦的效能愈發艱難。新的趨勢可能是「看菜下飯」:電腦裏的尖端應用程式使用強大的客製芯片;普通應用程式使用普通芯片。
另一個技術變化則是軟硬件的次元壁被打破。
「Wintel」時代一去不復返——那時微軟賣作業系統,英特爾做芯片。
蘋果、亞馬遜、谷歌、微軟和Meta都在使用自己的軟件來最佳化客製芯片。谷歌的芯片要執行自身的機器學習軟件 TensorFlow。蘋果的自制芯片經過調整,可以在「小工具」上執行自己的軟件。
谷歌的芯片要執行自身的機器學習軟件 TensorFlow
它們普遍靠美國公司博通設計芯片,再找台積電來制造。輝達是唯一一家給別人制造AI芯片而大獲成功的公司,它成功的原因是自家的GPU和自家軟件Cuda緊密捆綁,Cuda已成為行業標準。
根據咨詢公司BCG的數據,2018年至2023年期間,以上「六大」公司的市值約占整個科技行業的60%。不過,這也並不代表就會減緩創新。
越來越大
芯片戰爭將在2025年加劇。畢竟這場戰爭最初由特朗普發起,在他的第二個任期,國家間的鴻溝可能越來越大。
自2022年【芯片法案】開始,美國禁止向中國出口最尖端的芯片和芯片制造器材。雖然表面說「重振制造業」,但晶圓廠的勞動也沒有多密集,以台積電為首的晶圓廠不過是美國想摘的高科技「桃子」,它們到美國本土建廠也算得到一份政治保障。
在拜登任期的最後日子裏,針對高頻寬記憶體(HBM)和成熟制程芯片的禁令層出不窮,給「友軍」台積電、三星等發補貼也緊鑼密鼓。
作為回應,中國向本土企業大量投資,第三期大基金已於今年啟動。近年來,中國企業的「成熟節點」半導體產能不斷擴大。這些毫不先進的芯片成不了頭條新聞,卻能為從電視到冰箱的所有家用器材提供算能——中國占全球半導體制造能力的四分之三以上。
2023年7月5日,上海,在世界人工智能大會上,一名工作人員在中國超級電腦制造商Sugon展台上檢查電腦芯片和中文「自主」字樣/圖源:視覺中國
2024年,中國進口了價值400億美元的芯片制造器材,幾乎占全球銷售額的五分之二。2025年投資額將繼續擴大,大部份進口器材將進入使用舊技術的成熟節點晶圓廠,制造28納米制程及以上芯片。
美國阻止中國獲得先進芯片技術的努力並未得到期待的效果。2023年,中國科技巨頭華為推出了基於7納米技術的智能電話芯片,並將沖擊5納米芯片。2025年,中國公司將繼續發掘「舊工具」的極限能力來制造尖端芯片。
在人工智能領域,部份財力雄厚的中國公司囤積了不少先進GPU。但最先進的GPU極難獲取,倒逼中國企業專註於軟件改進,設計更小、更高效的模型,以便利用效能一般的芯片來獲得計算結果。
非洲加入戰場
東南亞是大國競爭下顯著的受益者。馬來西亞、越南、新加坡、印度尼西亞拼命吸收中國外溢位的有關企業,大力吸引巨頭建廠,給出的補貼也都相當誘人。沿著供應鏈慢慢向上爬升,是小國產業戰略的一部份。
除了繼續培植兩大巨頭三星和海力士,南韓也頒布了K-CHIPS法案,為半導體公司提供稅收減免。南韓還從「中國制造」學來了靈感,也在搞「南韓制造」——甚至播出了同名電視劇。
日本在苦苦扶持「全村的希望」——代工廠Rapidus。其由日本「舉全國之力」打造,計劃於2027年量產2納米芯片。據MoneyDJ的一份報告,索尼和鎧俠等現有股東正在考慮增加投資。Rapidus太燒錢了,三天兩頭向各位股東、投資人伸手要錢。
Rapidus在北海道的半導體研發與制造基地IIM/圖源:Rapidus
野心最大的當屬印度。2024年,印度有4家新半導體制造廠,還造出了3台超級電腦。除此之外,印度還頒布了「生產掛鉤激勵」計劃,其中包含光伏元件和鋰電池制造。
歐盟也有自己版本的「芯片法案」,歐盟的計劃是綠色轉型關鍵技術的4成、全球半導體的2成都在歐盟制造。法國啟動了一項關於生產關鍵礦物的基金。
拉丁美洲對芯片的興趣日益濃厚,但沒有抓住關鍵視窗。本來世界上75%的芯片都在東亞——日本、南韓、中國和中國台灣制造,美國大搞保護主義,不斷拉攏哥斯達黎加、巴拿馬、墨西哥和巴西。
但這些合作體量很小,英特爾在哥斯達黎加的投資工廠就4000名員工。巴拿馬與亞利桑那州大學合作,提升員工技能。二者基本沒有半導體生態系,只能算「零敲碎打」。
2021年,英特爾曾發文稱,英特爾墨西哥和哥斯達黎加是半導體制造的支柱/圖源:英特爾
墨西哥苦於缺水,很難為晶圓廠提供豐富水源。巴西官員大談芯片「自力更生」,花了一年和中國探討合作,但也沒有什麽進展。
非洲的加入則是新現象。2024年7月,美國貿易發展署和肯雅建立合作夥伴關系,宣布促進這個東非國家的半導體制造。肯雅、尼日利亞、盧旺達和加納擁有豐富的礦物,也擁有相當年輕的技術人口,非洲的半導體行業有望在西方國家的投資下加入「戰場」。
在微觀的尺度上,芯片必須越來越小。在宏觀的尺度上,國家間的芯片制造業的鴻溝越來越大。芯片業的矛盾和困境,算是這個世界的矛盾和困境的一個典型縮影——一個倍感艱難的2024年,就這麽過去了。
文中配圖部份來源於網絡,首圖為黃仁勛在輝達GTC大會上
作者 | 榮智慧
編輯 | 向 由
值班主編 | 張來
排版 | 菲菲