人工智能半導體供應鏈高度集中于少數(shù)幾個生產(chǎn)基地，其脆弱性在氦氣斷供背景下被進一步放大。

作為聚焦氦氣斷供影響半導體行業(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，深入探討這場供應鏈危機的深層傳導邏輯。

隨著氦氣采購陷入停滯，人工智能熱潮是否也將隨之降溫？

氦氣（He）供應中斷會導致晶圓溫度控制失效，進而對高深寬比（HAR）刻蝕的線寬（CD）可控性、全環(huán)繞柵極（GAA）納米片形成過程中選擇性比的面內(nèi)均勻性，以及存儲單元的電學性能產(chǎn)生致命影響。更關鍵的是，這不僅會導致產(chǎn)品良率下降，還可能使成品無法達到既定規(guī)格要求。

換句話說，即便半導體芯片能夠制造完成，其性能也無法得到保障。這種情況相當于供應鏈中的“硬性供應中斷”，而人工智能基礎設施將成為受影響最嚴重、波及范圍最廣的領域。

人工智能半導體供應鏈中的結構性脆弱性

當前，人工智能半導體供應鏈高度集中于少數(shù)幾個生產(chǎn)基地，其脆弱性在氦氣斷供背景下被進一步放大。

（1）GPU/AI ASIC：高度依賴臺積電工藝

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

這些制程均涉及鰭式場效應晶體管（FinFET）結構，且在每一步干法刻蝕工序（包括鰭片形成、柵極圖形化及精細布線制作）中，都需要通過氦氣背面冷卻實現(xiàn)高精度溫度控制。此外，從N2制程開始引入的GAA結構中，納米片的形成需依賴高選擇性等離子體刻蝕，這進一步提升了對氦氣的依賴程度。

氦氣短缺會破壞±0.5°C的溫度均勻性要求，線寬（CD）偏差擴大將直接導致漏電流增加、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。若臺積電N3制程良率下降10至20個百分點，每片晶圓上的合格芯片數(shù)量將大幅減少，GPU供應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)主導地位，其產(chǎn)品被應用于英偉達B200芯片組，三星和美光則緊隨其后，共同占據(jù)全球HBM市場的絕大部分份額。

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

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

3D NAND：影響AI學習數(shù)據(jù)基礎設施

生成式人工智能不僅在推理階段需要大容量存儲支持，在模型訓練階段同樣對存儲容量有極高需求。目前，3D NAND閃存已實現(xiàn)超過200個垂直存儲單元的堆疊結構，部分產(chǎn)品已接近300層。其存儲孔的制作堪稱高深寬比（HAR）蝕刻技術的巔峰之作，縱橫比超過100:1。

此外，三星、SK海力士集團（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構。3D NAND供應受限將推高數(shù)據(jù)中心存儲擴展的成本，導致固態(tài)硬盤（SSD）價格飆升，進而制約訓練數(shù)據(jù)規(guī)模的擴大，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)中心運營商計劃大規(guī)模投資人工智能基礎設施，其中美國前四大超大規(guī)模數(shù)據(jù)中心運營商的資本投資規(guī)模尤為龐大。

美國前4大超大規(guī)模數(shù)據(jù)中心運營商對數(shù)據(jù)中心的資本投資預測

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

更值得警惕的是，此次半導體短缺并非源于“暫時性供需缺口”，而是由“制造工藝的物理限制”所致。這一問題無法通過調(diào)整需求側(cè)（如改變訂單數(shù)量、替換替代產(chǎn)品）解決，唯有在氦氣供應恢復正常，或不依賴氦氣的溫度控制技術實現(xiàn)實用化后，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)分析師和媒體反復探討三大因素，將其視為人工智能基礎設施擴展的核心制約因素：

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

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

在討論臺積電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服務器提供核心支撐的半導體器件供應充足。

氦氣供應中斷將直接破壞半導體制造的“工藝建立條件”，對供應鏈頂端形成剛性制約，導致所有下游投資計劃、技術路線圖和商業(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險，既不是電力短缺，也不是人工智能需求下滑，而是因氦氣供應中斷導致半導體無法正常生產(chǎn)。

影響擴散到四個階段

第一階段：工業(yè)氣體供應商

正如AirGas公司所宣布的那樣，氦氣供應商將優(yōu)先供應醫(yī)療和國防領域，大幅減少對包括半導體制造在內(nèi)的工業(yè)領域的供應?；魻柲酒澓{的封鎖將導致約200個低溫ISO集裝箱（相當于全球每月液氦供應量的相當一部分）滯留，這將導致美國國內(nèi)的氦氣產(chǎn)量（占全球市場份額的43%）無法滿足需求。

第二階段：半導體制造商

受氦氣供應限制影響，存儲器制造商（SK海力士、三星、美光、鎧俠）和晶圓代工廠（臺積電、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)，無法履行與客戶簽訂的晶圓及芯片供應合同。尤其值得注意的是，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)中的存儲孔蝕刻，將首當其沖受到氦氣短缺的沖擊。

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

第三階段：人工智能芯片供應商

GPU/AI ASIC芯片和HBM采購中斷，將導致英偉達（Hopper、Blackwell、Rubin架構產(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)，無法履行與服務器供應商（戴爾、HPE、超微等）及移動設備制造商簽訂的供貨合同。臺積電的CoWoS封裝工藝，需同時具備先進邏輯芯片和HBM才能完成——這意味著其中任何一種產(chǎn)品良率失敗，都將導致整個封裝流程停滯。

第四階段：超大規(guī)模數(shù)據(jù)中心

無法采購到人工智能服務器，將嚴重延誤微軟（2025財年約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）的人工智能服務器采購資金撥付——這四家企業(yè)每年的采購總額超過3000億美元（約合45萬億日元）。此舉可能導致這些企業(yè)無法履行與客戶（Azure、GCP、AWS和Meta AI的用戶）簽訂的服務級別協(xié)議（SLA），進而影響其市場信譽和業(yè)務發(fā)展。

現(xiàn)階段，整個人工智能行業(yè)的增長前景已受到根本性動搖。僅上述四家企業(yè)的市值總和就超過8萬億美元（約合1200萬億日元），若人工智能服務器供應長期停滯成為現(xiàn)實，市場對行業(yè)增長的預期將大幅下降，進而面臨1萬億至2萬億美元（約合150萬億至300萬億日元）的市值損失風險。

對日本的影響

首先是Rapidus公司，該公司目標在2027年實現(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)的溫度控制精度必須嚴格控制在±0.5°C以內(nèi)。然而，若氦氣供應中斷，晶圓表面溫度的均勻性偏差將擴大至±2°C以上，導致產(chǎn)品良率完全無法保證，量產(chǎn)計劃將被迫延誤。

JASM熊本1號工廠（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工藝，目前已出現(xiàn)溫度均勻性惡化的問題，引發(fā)市場對信噪比（SNR）下降的擔憂。此外，若臺積電熊本2號工廠（3nm制程）在2027年如期投產(chǎn)，其先進制程對氦氣的依賴性將進一步增加，氦氣短缺帶來的風險將持續(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，對氦氣具有極高依賴性。

此外，對于汽車應用領域的半導體而言，因溫度控制惡化導致的電氣特性變化，可能使其無法滿足AEC-Q100（集成電路）和AEC-Q101（分立元件）的可靠性標準，進而無法獲得出貨認證，影響汽車半導體的供應穩(wěn)定。

氦氣斷供的沖擊規(guī)模遠超當前認知，且仍在持續(xù)發(fā)酵。與最初僅作為部分干法刻蝕設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備，還波及極紫外光刻（EUV）、化學氣相沉積（CVD）/原子層沉積（ALD）設備以及氦泄漏測試等環(huán)節(jié)，幾乎動搖了半導體制造各個環(huán)節(jié)溫度控制和質(zhì)量保證體系的根基。

因此，氦氣供應鏈中斷將引發(fā)從工業(yè)氣體供應商、半導體制造商、人工智能芯片供應商，到超大規(guī)模數(shù)據(jù)中心運營商的四階段合同違約鏈，進而導致美國前四大超大規(guī)模數(shù)據(jù)中心運營商2025年總額超過3000億美元（約45萬億日元）的人工智能基礎設施投資計劃，實際上無法落地執(zhí)行。

目前，尚無任何導熱介質(zhì)能夠替代氦氣?，F(xiàn)有氦氣回收系統(tǒng)的回收率雖據(jù)稱可達80%-95%，但該系統(tǒng)僅能減少氦氣消耗，無法增加氦氣總供應量，且無法應用于干法刻蝕設備。

此外，若氦氣初始供應無法得到保障，整個回收系統(tǒng)將陷入無法運轉(zhuǎn)的困境。因此，這場危機純粹由資源短缺引發(fā)，不存在任何技術層面的變通解決方案，與半導體行業(yè)以往經(jīng)歷的任何供應鏈危機都有著本質(zhì)區(qū)別。

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