人工智能半導(dǎo)體供應(yīng)鏈高度集中于少數(shù)幾個(gè)生產(chǎn)基地，其脆弱性在氦氣斷供背景下被進(jìn)一步放大。

作為聚焦氦氣斷供影響半導(dǎo)體行業(yè)的系列文章第二篇，本文承接首篇《氦氣告急，直擊 AI 熱潮》的核心議題，深入探討這場(chǎng)供應(yīng)鏈危機(jī)的深層傳導(dǎo)邏輯。

隨著氦氣采購(gòu)陷入停滯，人工智能熱潮是否也將隨之降溫？

氦氣（He）供應(yīng)中斷會(huì)導(dǎo)致晶圓溫度控制失效，進(jìn)而對(duì)高深寬比（HAR）刻蝕的線寬（CD）可控性、全環(huán)繞柵極（GAA）納米片形成過(guò)程中選擇性比的面內(nèi)均勻性，以及存儲(chǔ)單元的電學(xué)性能產(chǎn)生致命影響。更關(guān)鍵的是，這不僅會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)品良率下降，還可能使成品無(wú)法達(dá)到既定規(guī)格要求。

換句話說(shuō)，即便半導(dǎo)體芯片能夠制造完成，其性能也無(wú)法得到保障。這種情況相當(dāng)于供應(yīng)鏈中的“硬性供應(yīng)中斷”，而人工智能基礎(chǔ)設(shè)施將成為受影響最嚴(yán)重、波及范圍最廣的領(lǐng)域。

人工智能半導(dǎo)體供應(yīng)鏈中的結(jié)構(gòu)性脆弱性

當(dāng)前，人工智能半導(dǎo)體供應(yīng)鏈高度集中于少數(shù)幾個(gè)生產(chǎn)基地，其脆弱性在氦氣斷供背景下被進(jìn)一步放大。

（1）GPU/AI ASIC：高度依賴臺(tái)積電工藝

英偉達(dá)（NVIDIA）的Hopper系列（H100、H200）、Blackwell系列（B200、GB200）、下一代Rubin架構(gòu)，以及博通（Broadcom）的TPU定制ASIC、超威半導(dǎo)體（AMD）的MI300系列，均采用臺(tái)積電的先進(jìn)制程（N5/N4/N3）制造。

這些制程均涉及鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管（FinFET）結(jié)構(gòu)，且在每一步干法刻蝕工序（包括鰭片形成、柵極圖形化及精細(xì)布線制作）中，都需要通過(guò)氦氣背面冷卻實(shí)現(xiàn)高精度溫度控制。此外，從N2制程開(kāi)始引入的GAA結(jié)構(gòu)中，納米片的形成需依賴高選擇性等離子體刻蝕，這進(jìn)一步提升了對(duì)氦氣的依賴程度。

氦氣短缺會(huì)破壞±0.5°C的溫度均勻性要求，線寬（CD）偏差擴(kuò)大將直接導(dǎo)致漏電流增加、頻率分檔性能惡化，甚至造成GPU芯片出現(xiàn)缺陷——這類GPU芯片通常集成1000億至2000億甚至更多晶體管。若臺(tái)積電N3制程良率下降10至20個(gè)百分點(diǎn)，每片晶圓上的合格芯片數(shù)量將大幅減少，GPU供應(yīng)量將不再與晶圓投入量成正比。

HBM：依賴SK海力士/三星/美光三大廠商

影響人工智能GPU和ASIC性能的另一關(guān)鍵因素是高帶寬內(nèi)存（HBM）。SK海力士在全球HBM3E市場(chǎng)占據(jù)主導(dǎo)地位，其產(chǎn)品被應(yīng)用于英偉達(dá)B200芯片組，三星和美光則緊隨其后，共同占據(jù)全球HBM市場(chǎng)的絕大部分份額。

韓國(guó)內(nèi)存制造商65%的氦氣供應(yīng)依賴卡塔爾，而截至2026年4月，卡塔爾的氦氣庫(kù)存已出現(xiàn)明顯下滑。HBM的制造工藝比普通DDR DRAM更為復(fù)雜，需大量采用高深寬比蝕刻技術(shù)，其中就包括硅通孔（TSV）的制作。因此，氦氣短缺對(duì)HBM產(chǎn)能的影響，將遠(yuǎn)大于對(duì)普通DDR DRAM的影響。

若SK海力士的HBM供應(yīng)中斷，即便臺(tái)積電能夠正常生產(chǎn)GPU和AI ASIC芯片，也無(wú)法將其封裝至臺(tái)積電所采用的芯片級(jí)晶圓封裝（CoWoS）中。人工智能半導(dǎo)體的產(chǎn)能，取決于兩大核心組件的供應(yīng)能力：一是GPU和AI ASIC單芯片的產(chǎn)出，二是HBM的供應(yīng)規(guī)模。由于兩者均受氦氣短缺的直接影響，這意味著供應(yīng)鏈瓶頸呈現(xiàn)雙重疊加態(tài)勢(shì)。

3D NAND：影響AI學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)基礎(chǔ)設(shè)施

生成式人工智能不僅在推理階段需要大容量存儲(chǔ)支持，在模型訓(xùn)練階段同樣對(duì)存儲(chǔ)容量有極高需求。目前，3D NAND閃存已實(shí)現(xiàn)超過(guò)200個(gè)垂直存儲(chǔ)單元的堆疊結(jié)構(gòu)，部分產(chǎn)品已接近300層。其存儲(chǔ)孔的制作堪稱高深寬比（HAR）蝕刻技術(shù)的巔峰之作，縱橫比超過(guò)100:1。

此外，三星、SK海力士集團(tuán)（Solidigm）、鎧俠和美光科技等主流3D NAND制造商，均采用了類似的氦氣依賴型制造結(jié)構(gòu)。3D NAND供應(yīng)受限將推高數(shù)據(jù)中心存儲(chǔ)擴(kuò)展的成本，導(dǎo)致固態(tài)硬盤（SSD）價(jià)格飆升，進(jìn)而制約訓(xùn)練數(shù)據(jù)規(guī)模的擴(kuò)大，間接影響人工智能模型的迭代速度。

超大規(guī)模數(shù)據(jù)中心的投資體系正在崩潰

2025年至2027年間，全球主要超大規(guī)模數(shù)據(jù)中心運(yùn)營(yíng)商計(jì)劃大規(guī)模投資人工智能基礎(chǔ)設(shè)施，其中美國(guó)前四大超大規(guī)模數(shù)據(jù)中心運(yùn)營(yíng)商的資本投資規(guī)模尤為龐大。

美國(guó)前4大超大規(guī)模數(shù)據(jù)中心運(yùn)營(yíng)商對(duì)數(shù)據(jù)中心的資本投資預(yù)測(cè)

這些資本投資均基于一個(gè)核心假設(shè)：半導(dǎo)體產(chǎn)品能夠按計(jì)劃交付。若GPU、AI ASIC、CPU、HBM、DDR DRAM或SSD中的任何一種產(chǎn)品供應(yīng)受到嚴(yán)重限制，數(shù)據(jù)中心建設(shè)進(jìn)度將被迫延誤，其投資回收計(jì)劃也將受到根本性沖擊。

更值得警惕的是，此次半導(dǎo)體短缺并非源于“暫時(shí)性供需缺口”，而是由“制造工藝的物理限制”所致。這一問(wèn)題無(wú)法通過(guò)調(diào)整需求側(cè)（如改變訂單數(shù)量、替換替代產(chǎn)品）解決，唯有在氦氣供應(yīng)恢復(fù)正常，或不依賴氦氣的溫度控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)實(shí)用化后，才能從根本上破解。

重新定義瓶頸——“制造業(yè)”先于“電力”停止

迄今為止，行業(yè)分析師和媒體反復(fù)探討三大因素，將其視為人工智能基礎(chǔ)設(shè)施擴(kuò)展的核心制約因素：

• CoWoS封裝產(chǎn)能：臺(tái)積電先進(jìn)封裝技術(shù)（CoWoS-S/CoWoS-L）的產(chǎn)能，已成為GPU和AI ASIC供應(yīng)的主要瓶頸；
• HBM供應(yīng)：SK海力士的HBM產(chǎn)能，是限制英偉達(dá)GPU和AI ASIC出貨量的關(guān)鍵因素；
• 電力供應(yīng)：自2024年下半年以來(lái)，人工智能數(shù)據(jù)中心的電力消耗激增，而電力基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)進(jìn)度滯后的論調(diào)廣泛傳播。

上述觀點(diǎn)均成立，這些制約因素依然客觀存在。然而，本文通過(guò)分析論證發(fā)現(xiàn)，在供應(yīng)鏈更上游的環(huán)節(jié)，存在一個(gè)比上述瓶頸更為根本的限制因素——氦氣供應(yīng)。

在討論臺(tái)積電CoWoS封裝產(chǎn)能之前，必須首先確保封裝所需的GPU、AI ASIC芯片和HBM芯片均已按規(guī)格制造完成；同樣，在討論數(shù)據(jù)中心電力消耗之前，必須確保為AI服務(wù)器提供核心支撐的半導(dǎo)體器件供應(yīng)充足。

氦氣供應(yīng)中斷將直接破壞半導(dǎo)體制造的“工藝建立條件”，對(duì)供應(yīng)鏈頂端形成剛性制約，導(dǎo)致所有下游投資計(jì)劃、技術(shù)路線圖和商業(yè)模式的前提條件全部失效。截至2026年4月，人工智能熱潮面臨的最大風(fēng)險(xiǎn)，既不是電力短缺，也不是人工智能需求下滑，而是因氦氣供應(yīng)中斷導(dǎo)致半導(dǎo)體無(wú)法正常生產(chǎn)。

影響擴(kuò)散到四個(gè)階段

第一階段：工業(yè)氣體供應(yīng)商

正如AirGas公司所宣布的那樣，氦氣供應(yīng)商將優(yōu)先供應(yīng)醫(yī)療和國(guó)防領(lǐng)域，大幅減少對(duì)包括半導(dǎo)體制造在內(nèi)的工業(yè)領(lǐng)域的供應(yīng)。霍爾木茲海峽的封鎖將導(dǎo)致約200個(gè)低溫ISO集裝箱（相當(dāng)于全球每月液氦供應(yīng)量的相當(dāng)一部分）滯留，這將導(dǎo)致美國(guó)國(guó)內(nèi)的氦氣產(chǎn)量（占全球市場(chǎng)份額的43%）無(wú)法滿足需求。

第二階段：半導(dǎo)體制造商

受氦氣供應(yīng)限制影響，存儲(chǔ)器制造商（SK海力士、三星、美光、鎧俠）和晶圓代工廠（臺(tái)積電、三星晶圓代工、英特爾晶圓代工）將因產(chǎn)品良率大幅下降或生產(chǎn)線停產(chǎn)，無(wú)法履行與客戶簽訂的晶圓及芯片供應(yīng)合同。尤其值得注意的是，韓國(guó)內(nèi)存制造商65%的氦氣采購(gòu)依賴卡塔爾，其HBM生產(chǎn)中的高深寬比TSV蝕刻，以及3D NAND生產(chǎn)中的存儲(chǔ)孔蝕刻，將首當(dāng)其沖受到氦氣短缺的沖擊。

高度依賴卡塔爾氦氣供應(yīng)的韓國(guó)內(nèi)存制造商（SK海力士、三星），可能在2026年5月至6月宣布停止相關(guān)產(chǎn)品供應(yīng)；臺(tái)積電和美光可能在同年6月至7月跟進(jìn)宣布停供；英特爾則可能在7月至8月宣布停供。屆時(shí)，各企業(yè)將正式宣布停止供應(yīng)，并依據(jù)不可抗力條款尋求豁免供貨義務(wù)。

第三階段：人工智能芯片供應(yīng)商

GPU/AI ASIC芯片和HBM采購(gòu)中斷，將導(dǎo)致英偉達(dá)（Hopper、Blackwell、Rubin架構(gòu)產(chǎn)品）、AMD（MI300系列）、博通（谷歌TPU定制ASIC）、高通、蘋果和聯(lián)發(fā)科等企業(yè)，無(wú)法履行與服務(wù)器供應(yīng)商（戴爾、HPE、超微等）及移動(dòng)設(shè)備制造商簽訂的供貨合同。臺(tái)積電的CoWoS封裝工藝，需同時(shí)具備先進(jìn)邏輯芯片和HBM才能完成——這意味著其中任何一種產(chǎn)品良率失敗，都將導(dǎo)致整個(gè)封裝流程停滯。

第四階段：超大規(guī)模數(shù)據(jù)中心

無(wú)法采購(gòu)到人工智能服務(wù)器，將嚴(yán)重延誤微軟（2025財(cái)年約800億美元）、谷歌（約750億美元）、亞馬遜（約1000億美元）和Meta（約600億至650億美元）的人工智能服務(wù)器采購(gòu)資金撥付——這四家企業(yè)每年的采購(gòu)總額超過(guò)3000億美元（約合45萬(wàn)億日元）。此舉可能導(dǎo)致這些企業(yè)無(wú)法履行與客戶（Azure、GCP、AWS和Meta AI的用戶）簽訂的服務(wù)級(jí)別協(xié)議（SLA），進(jìn)而影響其市場(chǎng)信譽(yù)和業(yè)務(wù)發(fā)展。

現(xiàn)階段，整個(gè)人工智能行業(yè)的增長(zhǎng)前景已受到根本性動(dòng)搖。僅上述四家企業(yè)的市值總和就超過(guò)8萬(wàn)億美元（約合1200萬(wàn)億日元），若人工智能服務(wù)器供應(yīng)長(zhǎng)期停滯成為現(xiàn)實(shí)，市場(chǎng)對(duì)行業(yè)增長(zhǎng)的預(yù)期將大幅下降，進(jìn)而面臨1萬(wàn)億至2萬(wàn)億美元（約合150萬(wàn)億至300萬(wàn)億日元）的市值損失風(fēng)險(xiǎn)。

對(duì)日本的影響

首先是Rapidus公司，該公司目標(biāo)在2027年實(shí)現(xiàn)N2制程量產(chǎn)。其仿照IBM工藝開(kāi)發(fā)的GAA成型過(guò)程中，納米片等離子體刻蝕環(huán)節(jié)的溫度控制精度必須嚴(yán)格控制在±0.5°C以內(nèi)。然而，若氦氣供應(yīng)中斷，晶圓表面溫度的均勻性偏差將擴(kuò)大至±2°C以上，導(dǎo)致產(chǎn)品良率完全無(wú)法保證，量產(chǎn)計(jì)劃將被迫延誤。

JASM熊本1號(hào)工廠（制程覆蓋22/28nm至12/16nm）用于索尼CMOS圖像傳感器的模擬混合信號(hào)工藝，目前已出現(xiàn)溫度均勻性惡化的問(wèn)題，引發(fā)市場(chǎng)對(duì)信噪比（SNR）下降的擔(dān)憂。此外，若臺(tái)積電熊本2號(hào)工廠（3nm制程）在2027年如期投產(chǎn)，其先進(jìn)制程對(duì)氦氣的依賴性將進(jìn)一步增加，氦氣短缺帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)將持續(xù)放大。另外，美光廣島工廠也將直接受到影響，其用于第一代β/1γ DRAM生產(chǎn)的高深寬比（HAR）刻蝕工藝，對(duì)氦氣具有極高依賴性。

此外，對(duì)于汽車應(yīng)用領(lǐng)域的半導(dǎo)體而言，因溫度控制惡化導(dǎo)致的電氣特性變化，可能使其無(wú)法滿足AEC-Q100（集成電路）和AEC-Q101（分立元件）的可靠性標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)而無(wú)法獲得出貨認(rèn)證，影響汽車半導(dǎo)體的供應(yīng)穩(wěn)定。

氦氣斷供的沖擊規(guī)模遠(yuǎn)超當(dāng)前認(rèn)知，且仍在持續(xù)發(fā)酵。與最初僅作為部分干法刻蝕設(shè)備制冷劑的氟化物不同，氦氣的破壞性影響不僅覆蓋干法刻蝕設(shè)備，還波及極紫外光刻（EUV）、化學(xué)氣相沉積（CVD）/原子層沉積（ALD）設(shè)備以及氦泄漏測(cè)試等環(huán)節(jié)，幾乎動(dòng)搖了半導(dǎo)體制造各個(gè)環(huán)節(jié)溫度控制和質(zhì)量保證體系的根基。

因此，氦氣供應(yīng)鏈中斷將引發(fā)從工業(yè)氣體供應(yīng)商、半導(dǎo)體制造商、人工智能芯片供應(yīng)商，到超大規(guī)模數(shù)據(jù)中心運(yùn)營(yíng)商的四階段合同違約鏈，進(jìn)而導(dǎo)致美國(guó)前四大超大規(guī)模數(shù)據(jù)中心運(yùn)營(yíng)商2025年總額超過(guò)3000億美元（約45萬(wàn)億日元）的人工智能基礎(chǔ)設(shè)施投資計(jì)劃，實(shí)際上無(wú)法落地執(zhí)行。

目前，尚無(wú)任何導(dǎo)熱介質(zhì)能夠替代氦氣。現(xiàn)有氦氣回收系統(tǒng)的回收率雖據(jù)稱可達(dá)80%-95%，但該系統(tǒng)僅能減少氦氣消耗，無(wú)法增加氦氣總供應(yīng)量，且無(wú)法應(yīng)用于干法刻蝕設(shè)備。

此外，若氦氣初始供應(yīng)無(wú)法得到保障，整個(gè)回收系統(tǒng)將陷入無(wú)法運(yùn)轉(zhuǎn)的困境。因此，這場(chǎng)危機(jī)純粹由資源短缺引發(fā)，不存在任何技術(shù)層面的變通解決方案，與半導(dǎo)體行業(yè)以往經(jīng)歷的任何供應(yīng)鏈危機(jī)都有著本質(zhì)區(qū)別。

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