为什么说芯片越来越重要？

据连线杂志介绍，今年最重要的年度技术不是马克扎克伯格的Metaverse，杰克多西的区块链，也不是埃隆马斯克的跳舞机器人。

这更可能是几十年来推动科技行业进步的同一件事。一种让机器每年更快、更有效地处理和处理信息的方法。那就是硅芯片。

在过去十年中，随着网络、社交媒体和应用的脱颖而出，半导体的重要性可能已经淡出人们的视线。与英特尔的最新芯片相比，硅谷现在可以说更像是谷歌网络搜索、亚马逊的电子商务帝国或由Facebook FOMO 推动的信息流的代名词。但过去一年提供的大量证据表明，芯片比以往任何时候都更重要。

新型客户对芯片的需求不断上升，加上大流行和地缘政治紧张局势，给 2021 年简单和先进计算机处理器的供应带来了巨大压力，这导致从汽车到游戏机的所有产品都出现短缺。对先进芯片生产的控制正在塑造世界两大超级大国之间的竞争和冲突。许多政府准备投入巨额资金来加强其制造能力。

定制芯片设计对于人工智能、自动驾驶汽车和5G等新兴领域正迅速变得越来越重要。这些专用架构，而不是通用芯片，将有助于塑造创新进程。

麻省理工学院教授高级微电子学课程的教授Jésus del Alamo说：“硅芯片真的是当之无愧。”“他们是一切的核心，在如此多有价值的地方做了如此多重要的事情，为社会带来了难以置信的好处。”

Del Alamo 指出，芯片现在存在于一系列令人眼花缭乱的产品中，使厨房用具、工业机械，甚至是灯泡一样平凡的物体都能连接起来和可编程的。

新冠病毒的流行，也让人很快意识到芯片的重要性。当汽车制造商在 2020 年初关闭工厂时，由于预期经济放缓，他们取消了发动机、安全系统和信息娱乐显示器越来越需要的低成本芯片的订单。即使是最基本的汽油动力汽车现在也有100多个芯片，而最新的电动汽车可能有1000多个。这就导致当汽车购买意外复苏时，制造商没有足够的芯片，被迫停产，抑制了许多国家的经济复苏。

从工业机器人到医疗设备的一切都实现了计算机化，这意味着芯片短缺的影响无处不在。同时，建设新的芯片厂的巨额成本，行业的周期性特点，已经引起了高度关注。“那些认为芯片只是材料清单上另一个项目的公司现在意识到半导体的相关性，”研究电子产品的研究公司 Gartner 的副总裁高拉夫·古普塔( Gaurav Gupta)说。“现在每个人都必须专注于半导体采购并制定战略。”

中美之间的紧张局势加剧了芯片危机。美国政府禁止向某些中国公司出售最先进的计算机芯片——这些芯片为最新的智能手机或云服务器提供动力。

拜登政府一直实施的封锁也反映了一种意识，即这些芯片对于人工智能、5G 和机器人技术等领域的进步至关重要，这些领域越来越被视为经济和军事竞争的关键。而且由于中国缺乏为自己制造最先进芯片的能力，曾经在智能手机销售方面领先世界的华为等领先科技公司的部分业务已经陷入瘫痪。据报道，一些中国公司因预期禁令而囤积芯片，进一步扩大了可用供应量。

先进芯片制造的重要性已将一些鲜为人知的公司推入地缘政治争端。荷兰公司 ASML 是世界上唯一一家可以提供价值1.5 亿美元的极紫外光刻机制造商，该设备用于将最微小的特征蚀刻到硅芯片中。美国还阻止阿斯麦向中国出口，实际上阻碍了该国的芯片产业。

但华盛顿的芯片策略也反映了美国的弱点。近几十年来，制造具有原子级特征的最快、最高效的芯片变得异常复杂和昂贵。目前世界上只有三家公司能够生产最先进的组件：中国台湾的台积电、韩国的三星和美国的英特尔。但英特尔已经落后于台积电和三星，据行业组织半导体行业协会 (SIA) 称，今年美国在全球芯片制造中的份额已从 1990 年的 37%下滑至估计的 12%。

6 月，美国参议院通过了一项 520 亿美元的法案，旨在振兴美国半导体产业；它正在等待众议院采取行动。由美国芯片公司支持的 SIA 首席执行官约翰·纽弗( John Neuffer)表示，这笔资金将帮助美国重新获得优势，并确保为汽车行业提供强劲的不太先进的芯片。Neuffer 说，面对当前的趋势，“无所作为不是一种选择”。

“他们是一切事物的核心，在许多有价值的地方做了许多重要的事情，为社会带来了难以置信的好处。”

其他国家可能会进行类似的投资，以支持其芯片产业。韩国表示将在未来三年内投资超过 550 亿美元来更新和扩大其制造业。欧盟国家计划投资 250 亿至 350 亿美元，并将推出税收和其他激励措施，力争到 2030 年抢占全球芯片制造的 20%。中国政府已表示将在未来 10 年投入 1500 亿美元以实现这一目标。实现芯片制造自给。

跟踪该行业的 Tirias Research 分析师Kevin Krewell指出，并非所有资金都将投资于尖端芯片制造能力，短缺可能会持续到 2023 年和 2024 年。更智能的电子产品和消费设备的复杂程度和数量不断增加，”他说。

能够制造尖端芯片对美国来说如此重要的一个原因是，近年来芯片制造的进展开始放缓，这使得定制硅变得更加重要。几十年来，芯片上的晶体管数量（大致对应于其速度）大约每 18 个月翻一番，这是英特尔联合创始人戈登·摩尔 (Gordon Moore) 首次提出的观察结果；这不再发生。

定制芯片提供了一种提高性能的方法。例如，苹果公司现在为其智能手机、平板电脑和笔记本电脑设计自己的芯片，作为战略的一部分，使其能够更好地控制其产品的性能。对于曾经只有英特尔和 AMD 等芯片巨头设计和制造芯片的行业来说，它代表了一个惊人的转变。现在，越来越多的公司将专用芯片设计（包括他们自己的设计）视为在人工智能等领域获得优势的一种方式。

大多数计算机的核心芯片，称为中央处理单元 (CPU)，其设计足够灵活，可以执行任何逻辑操作。但人工智能算法越来越依赖于更专业的芯片，主要是最初为视频游戏开发的图形处理单元 (GPU)，因为它们非常适合运行必要的数学计算。

随着人工智能变得越来越重要，随着算法变得越来越大，运行成本越来越高，许多公司正在探索定制设计。亚马逊网络服务（AWS），是世界上最大的云计算服务提供商，开发了几种芯片专门用于AI，包括Trainium，训练人工智能模型和Inferentia，用于运行预先训练。

“一般而言，GPU 旨在解决一大堆工作负载，”参与该公司芯片工作的 AWS 副总裁 Raj Pai 说。“通过我们自己的定制芯片，我们能够真正了解客户运行的各种模型，并优化芯片、功率和一切。”

现在正在设计自己的芯片来加速人工智能的其他公司包括谷歌、Facebook、微软和特斯拉。

麻省理工学院研究技术变革的教授尼尔汤普森表示，这种趋势“是对摩尔定律放缓的非常自然的反应。”但他也认为，随着时间的推移，随着技术变得更加“孤立”，这可能会导致算法创新减少。

现在，人工智能也在帮助设计芯片，让其他人更容易加入游行队伍。英伟达的首席科学家比尔·达利( Bill Dally)通过将 GPU 出售给人工智能工程师而成为世界上最有价值的芯片制造商，他表示，该公司正在使用人工智能设计比手工设计更快或更高效的芯片。他说，这项技术将加速芯片设计并带来新的设计。“人工智能将对芯片设计过程产生深远的影响，”达利说。

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