氦氣斷供：人工智能半導(dǎo)體供應(yīng)鏈的致命危機(jī)
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，本文延續(xù)首篇《氦氣告急，直擊AI熱潮》的核心議題，深入剖析這場供應(yīng)鏈危機(jī)的深層傳導(dǎo)邏輯。
氦氣采購?fù)斯ぶ悄軣岢睍?huì)降溫嗎？
氦氣（He）供應(yīng)中斷會(huì)導(dǎo)致晶圓溫度控制失效，對(duì)高深寬比（HAR）刻蝕的線寬（CD）可控性、全環(huán)繞柵極（GAA）納米片形成的選擇性比面內(nèi)均勻性，以及存儲(chǔ)單元電學(xué)性能產(chǎn)生致命影響。這不僅會(huì)降低產(chǎn)品良率，還可能使成品無法達(dá)到既定規(guī)格。
也就是說，即便半導(dǎo)體芯片能制造完成，性能也難以保障。這種“硬性供應(yīng)中斷”下，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)鏈的結(jié)構(gòu)性脆弱
當(dāng)前人工智能半導(dǎo)體供應(yīng)鏈高度集中于少數(shù)生產(chǎn)基地，氦氣斷供進(jìn)一步放大了其脆弱性。
GPU/AI ASIC：高度依賴臺(tái)積電工藝
英偉達(dá)的Hopper系列（H100、H200）、Blackwell系列（B200、GB200）、下一代Rubin架構(gòu)，博通的TPU定制ASIC、超威半導(dǎo)體的MI300系列，均采用臺(tái)積電先進(jìn)制程（N5/N4/N3）制造。
這些制程涉及鰭式場效應(yīng)晶體管（FinFET）結(jié)構(gòu)，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）都需氦氣背面冷卻實(shí)現(xiàn)高精度溫度控制。從N2制程引入的GAA結(jié)構(gòu)中，納米片形成依賴高選擇性等離子體刻蝕，進(jìn)一步提升了對(duì)氦氣的依賴。
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)大會(huì)直接導(dǎo)致漏電流增加、頻率分檔性能惡化，甚至造成GPU芯片缺陷——這類芯片通常集成千億級(jí)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：依賴三大廠商
影響人工智能GPU和ASIC性能的關(guān)鍵因素是高帶寬內(nèi)存（HBM）。SK海力士在全球HBM3E市場占據(jù)主導(dǎo)地位，產(chǎn)品應(yīng)用于英偉達(dá)B200芯片組，三星和美光緊隨其后，共同占據(jù)全球HBM市場絕大部分份額。
韓國內(nèi)存制造商65%的氦氣供應(yīng)依賴卡塔爾，截至2026年4月，卡塔爾氦氣庫存已明顯下滑。HBM制造工藝比普通DDR DRAM更復(fù)雜，需大量采用高深寬比蝕刻技術(shù)，包括硅通孔（TSV）制作。因此，氦氣短缺對(duì)HBM產(chǎn)能的影響遠(yuǎn)大于普通DDR DRAM。
若SK海力士HBM供應(yīng)中斷，即便臺(tái)積電能正常生產(chǎn)GPU和AI ASIC芯片，也無法封裝至芯片級(jí)晶圓封裝（CoWoS）中。人工智能半導(dǎo)體產(chǎn)能取決于GPU/AI ASIC單芯片產(chǎn)出和HBM供應(yīng)規(guī)模，兩者均受氦氣短缺直接影響，意味著供應(yīng)鏈瓶頸雙重疊加。
3D NAND：影響AI數(shù)據(jù)基礎(chǔ)設(shè)施
生成式人工智能在推理和模型訓(xùn)練階段都對(duì)存儲(chǔ)容量有極高需求。目前3D NAND閃存已實(shí)現(xiàn)超200個(gè)垂直存儲(chǔ)單元堆疊，部分產(chǎn)品接近300層。其存儲(chǔ)孔制作是高深寬比（HAR）蝕刻技術(shù)的巔峰，縱橫比超100:1。
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)展成本，導(dǎo)致固態(tài)硬盤（SSD）價(jià)格飆升，制約訓(xùn)練數(shù)據(jù)規(guī)模擴(kuò)大，間接影響人工智能模型迭代速度。
超大規(guī)模數(shù)據(jù)中心投資體系面臨崩潰
2025年至2027年間，全球主要超大規(guī)模數(shù)據(jù)中心運(yùn)營商計(jì)劃大規(guī)模投資人工智能基礎(chǔ)設(shè)施，美國前四大運(yùn)營商的資本投資規(guī)模尤為龐大。
美國前4大超大規(guī)模數(shù)據(jù)中心運(yùn)營商對(duì)數(shù)據(jù)中心的資本投資預(yù)測
這些資本投資基于半導(dǎo)體產(chǎn)品按計(jì)劃交付的核心假設(shè)。若GPU、AI ASIC、CPU、HBM、DDR DRAM或SSD中任何一種產(chǎn)品供應(yīng)嚴(yán)重受限，數(shù)據(jù)中心建設(shè)進(jìn)度將被迫延誤，投資回收計(jì)劃也將受根本性沖擊。
更值得警惕的是，此次半導(dǎo)體短缺并非“暫時(shí)性供需缺口”，而是“制造工藝物理限制”所致。這一問題無法通過調(diào)整需求側(cè)解決，唯有氦氣供應(yīng)恢復(fù)正常，或不依賴氦氣的溫度控制技術(shù)實(shí)用化，才能從根本上破解。
重新定義瓶頸——“制造”先于“電力”停擺
行業(yè)分析師和媒體反復(fù)探討三大核心制約因素：CoWoS封裝產(chǎn)能、HBM供應(yīng)、電力供應(yīng)。這些制約因素客觀存在，但本文分析發(fā)現(xiàn)，供應(yīng)鏈上游存在更根本的限制因素——氦氣供應(yīng)。
討論臺(tái)積電CoWoS封裝產(chǎn)能前，需確保封裝所需的GPU、AI ASIC芯片和HBM芯片按規(guī)格制造完成；討論數(shù)據(jù)中心電力消耗前，需確保AI服務(wù)器核心半導(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，也不是需求下滑，而是氦氣供應(yīng)中斷導(dǎo)致半導(dǎo)體無法正常生產(chǎn)。
影響擴(kuò)散的四個(gè)階段
第一階段：工業(yè)氣體供應(yīng)商
如AirGas公司宣布，氦氣供應(yīng)商將優(yōu)先供應(yīng)醫(yī)療和國防領(lǐng)域，大幅減少對(duì)半導(dǎo)體制造等工業(yè)領(lǐng)域的供應(yīng)?；魻柲酒澓{封鎖導(dǎo)致約200個(gè)低溫ISO集裝箱滯留，相當(dāng)于全球每月液氦供應(yīng)量的相當(dāng)一部分，將使美國國內(nèi)占全球43%市場份額的氦氣產(chǎn)量無法滿足需求。
第二階段：半導(dǎo)體制造商
受氦氣供應(yīng)限制，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)，無法履行晶圓及芯片供應(yīng)合同。韓國內(nèi)存制造商65%的氦氣采購依賴卡塔爾，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)其沖受沖擊。
高度依賴卡塔爾氦氣的韓國內(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)；英特爾則可能在7月至8月宣布停供。屆時(shí)各企業(yè)將正式宣布停供，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)備制造商的供貨合同。臺(tái)積電CoWoS封裝工藝需同時(shí)具備先進(jìn)邏輯芯片和HBM才能完成——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
無法采購人工智能服務(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)器采購資金撥付——四家企業(yè)每年采購總額超3000億美元（約合45萬億日元）。此舉可能導(dǎo)致這些企業(yè)無法履行與客戶（Azure、GCP、AWS和Meta AI用戶）的服務(wù)級(jí)別協(xié)議（SLA），影響市場信譽(yù)和業(yè)務(wù)發(fā)展。
現(xiàn)階段，人工智能行業(yè)增長前景已受根本性動(dòng)搖。僅上述四家企業(yè)市值總和超8萬億美元（約合1200萬億日元），若人工智能服務(wù)器供應(yīng)長期停滯，市場對(duì)行業(yè)增長的預(yù)期將大幅下降，面臨1萬億至2萬億美元（約合150萬億至300萬億日元）的市值損失風(fēng)險(xiǎn)。
對(duì)日本的影響
首先是Rapidus公司，目標(biāo)2027年實(shí)現(xiàn)N2制程量產(chǎn)。其仿照IBM工藝開發(fā)的GAA成型過程中，納米片等離子體刻蝕環(huán)節(jié)溫度控制精度需嚴(yán)格控制在±0.5°C以內(nèi)。若氦氣供應(yīng)中斷，晶圓表面溫度均勻性偏差將擴(kuò)大至±2°C以上，產(chǎn)品良率無法保證，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，已出現(xiàn)溫度均勻性惡化問題，引發(fā)信噪比（SNR）下降擔(dān)憂。若臺(tái)積電熊本2號(hào)工廠（3nm制程）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，風(fēng)險(xiǎn)持續(xù)放大。美光廣島工廠也將直接受影響，其第一代β/1γ DRAM生產(chǎn)的高深寬比（HAR）刻蝕工藝對(duì)氦氣依賴性極高。
此外，汽車應(yīng)用領(lǐng)域的半導(dǎo)體，因溫度控制惡化導(dǎo)致的電氣特性變化，可能無法滿足AEC-Q100（集成電路）和AEC-Q101（分立元件）的可靠性標(biāo)準(zhǔn)，無法獲得出貨認(rèn)證，影響汽車半導(dǎo)體供應(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，氦氣的破壞性影響覆蓋干法刻蝕設(shè)備、極紫外光刻（EUV）、化學(xué)氣相沉積（CVD）/原子層沉積（ALD）設(shè)備以及氦泄漏測試等環(huán)節(jié)，幾乎動(dòng)搖了半導(dǎo)體制造各環(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)營商的四階段合同違約鏈，導(dǎo)致美國前四大超大規(guī)模數(shù)據(jù)中心運(yùn)營商2025年總額超3000億美元（約45萬億日元）的人工智能基礎(chǔ)設(shè)施投資計(jì)劃無法落地執(zhí)行。
目前尚無任何導(dǎo)熱介質(zhì)能替代氦氣?，F(xiàn)有氦氣回收系統(tǒng)回收率雖達(dá)80%-95%，但僅能減少消耗，無法增加總供應(yīng)量，且無法應(yīng)用于干法刻蝕設(shè)備。
若氦氣初始供應(yīng)無法保障，整個(gè)回收系統(tǒng)將陷入困境。這場危機(jī)純粹由資源短缺引發(fā)，不存在技術(shù)層面的變通解決方案，與半導(dǎo)體行業(yè)以往供應(yīng)鏈危機(jī)有本質(zhì)區(qū)別。
本文來自微信公眾號(hào)“半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)縱橫”（ID：ICViews），作者：湯之上隆，36氪經(jīng)授權(quán)發(fā)布。
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