从四大趋势看芯片产业的发展

这是《麻省理工科技评论》的“未来趋势”系列，横跨各个行业、趋势和技术，带你一起先睹未来。

芯片制造的未来在哪？在科技巨擘、初创势力、AI 技术及全球贸易纷争等因素交汇下，这一问题显得尤为重要。科技巨头亲自下场造芯，初创公司则以创新技术谋求破局，力图在智能时代芯片战中占得先机。而边缘运算的崛起，正推动 AI 更贴近生活，对芯片的小型化、高效能提出更高要求。国际间对芯片供应链的竞争，更是重塑生产制造格局，力求技术自主与安全。芯片领域，正步入一个多方博弈、创新迭出的新纪元。

得益于人工智能领域的蓬勃发展，芯片界正处于一场巨大浪潮的转折点。市场对能更快速训练 AI 模型并使其能够在智能手机、卫星等设备间快速响应的芯片需求激增，从而使用户能在不泄露私人数据的情况下运用这些模型。政府、科技巨头及初创企业纷纷竞逐日益壮大的半导体市场蛋糕。

以下是未来一年内定义下一代芯片形态、生产者以及新技术的几大趋势。

（来源：MIT Technology Review）

各国相继推出《芯片法案》（CHIPS Acts）

在凤凰城郊外，全球两大芯片制造商台积电（TSMC）与英特尔（Intel）正竞相在沙漠中建设园区，期冀将其打造为美国芯片制造实力的新中心。这两项努力的共同点在于资金来源：2022 年 3 月，美国总统拜登宣布为英特尔在美国各地的扩张项目提供 85 亿美元的直接联邦资金及 110 亿美元的贷款。几周后，又宣布为台积电提供 66 亿美元资金。这些奖励仅是通过 2022 年签署的 2800 亿美元《芯片与科学法案》（CHIPS and Science Act）涌入芯片行业的美国补贴的一部分。这笔资金意味着任何涉足半导体生态系统的公司都在分析如何重组供应链以从中获益。尽管大部分资金旨在提升美国芯片制造业，但包括设备制造商和专业材料初创企业在内的其他参与者也有申请的空间。

然而，美国并非唯一一个试图将部分芯片制造供应链本地化的国家。日本正在其本国版《芯片法案》上投入 130 亿美元，欧洲计划投入超过 470 亿美元，而印度今年早些时候宣布了一项 150 亿美元的本土芯片厂建设计划。这一趋势的根源可以追溯到 2014 年，据塔夫茨大学教授、《芯片战争：争夺世界最关键技术》一书作者克里斯·米勒介绍，当时中国开始支持本土芯片制造商。

“各国国家政府担心除了提供激励措施外别无选择，否则企业就会将制造转移到中国。”他说。这一威胁加上 AI 的兴起，促使西方政府资助替代方案。在未来一年里，这可能会产生滚雪球效应，更多国家因担心落后而启动自己的项目。

米勒指出，这些资金不太可能导致全新的芯片竞争对手出现或从根本上重塑最大芯片玩家的格局。相反，它主要激励像台积电这样的主导企业在全球多个国家建立根基。但仅凭资金不足以迅速实现这一目标——台积电在亚利桑那州建厂的努力已因错过截止日期和劳资纠纷而受阻，英特尔也同样未能按承诺期限完成建设计划。而且，即便这些工厂最终上线，其设备和劳动力是否能具备与海外同等水平的先进芯片制造能力尚不确定。

“供应链的重塑和转移将缓慢进行，需要数年乃至数十年，”米勒说，“但它确实在发生转变。”

边缘运算（Edge computing）中的 AI 新进展

目前，我们与 ChatGPT 这类 AI 模型的大多数交互都是通过云端进行的。这意味着当你请求 GPT 挑选服装（或是扮演你的男友）时，你的请求会先到达 OpenAI 的服务器，促使驻留在那里的模型处理该请求并得出结论（称为“推理”），然后再将响应返回给你。依赖云端存在一些缺点：它需要互联网连接，并且意味着你的一些数据会与模型厂商共享。

这就是为什么人们对人工智能的边缘运算产生了浓厚的兴趣和投资，在边缘运算中，AI 模型调用的过程直接在你的设备（如笔记本电脑或智能手机）上进行。随着行业不断朝着 AI 模型深入了解我们的方向发展（Sam Altman 向我描述了他的杀手级人工智能应用程序，它“完全了解我的一生、每封电子邮件、我曾经进行过的每一次对话”），对于能够运行模型而不分享私人数据的更快“边缘”芯片的需求日益增长。这些芯片面临的限制与数据中心中的芯片不同：它们通常需要更小、更便宜且更节能。

美国国防部正在资助许多针对快速、私有边缘运算的研究。2022 年 3 月，其研究部门国防高级研究计划局（DARPA）宣布与芯片制造商 EnCharge AI 合作，创建用于 AI 推理的超强大边缘计算芯片。EnCharge AI 致力于开发一种既能增强隐私又能低功耗运行的芯片。这将使其适用于军事领域，如卫星和离网监控设备。该公司预计将于 2025 年出货这些芯片。

AI 模型在某些应用场景中将继续依赖云端，但对边缘运算改进的新投资和兴趣可能会为我们的日常设备带来更快的芯片，从而实现更多的 AI 应用。如果边缘芯片变得足够小且便宜，我们很可能会在家和工作场所看到更多 AI 驱动的“智能设备”。如今，AI 模型大多局限于数据中心内。

EnCharge AI 的联合创始人 Naveen Verma 表示：“我们在数据中心看到的许多挑战将会被克服。我预期边缘运算将成为关注的重点，我认为这对于规模化部署 AI 至关重要。”

大型科技企业进入芯片制造竞争

从快时尚到草坪护理，各行各业的公司为了创建和训练适用于其业务的 AI 模型，正在支付高昂的计算成本。例如，员工可以用来扫描和总结文档的模型，以及面向外部的技术，如虚拟助手，可以帮助你修理损坏的冰箱。这意味着训练这些模型所需的云计算需求空前高涨。

提供大部分这种计算能力的公司是亚马逊、微软和谷歌。多年来，这些科技巨头一直梦想着通过自主生产数据中心的芯片而非从英伟达等公司购买，来提高利润率。英伟达近乎垄断了最先进的 AI 训练芯片市场，其市值超过了 183 个国家的 GDP。

亚马逊于 2015 年开始这方面的尝试，关键动作则是收购了初创公司 Annapurna Labs。谷歌在 2018 年跟进，推出了自己的 TPU 芯片。微软于去年 11 月推出了首款 AI 芯片，而 Meta 则在今年 4 月展示了其最新版本的 AI 训练芯片。

（来源：AP PHOTO/ERIC RISBERG）

这一趋势可能会削弱英伟达的地位。但在大型科技企业眼中，英伟达不仅是竞争对手：无论他们内部努力如何，云巨头仍然需要英伟达的芯片来满足其数据中心的需求。这部分是因为他们自己的芯片制造努力无法满足所有需求，同时也是因为他们的客户期望能够使用顶级的英伟达芯片。

微软 Azure 硬件负责人 Rani Borkar 表示：“这实际上是关于给客户选择权。” 她表示，她无法想象微软会为其云服务提供所有芯片的未来：“我们将继续加强合作关系，并部署来自所有芯片合作伙伴的芯片。”

随着云计算巨头试图从芯片制造商那里争夺市场份额，英伟达也在尝试反其道而行之。去年，该公司启动了自己的云服务，使客户可以直接跳过亚马逊、谷歌或微软，直接在英伟达芯片上获得计算时间。随着这场围绕市场份额的激烈竞争展开，未来一年将是检验客户是否将大型科技企业的芯片视为与英伟达最先进芯片相当，还是更像其较小版本的关键时期。

英伟达与初创企业的较量

尽管英伟达占据着支配地位，但一股投资浪潮正涌向那些初创公司，它们旨在芯片市场的未来某些细分领域中超越英伟达。这些初创企业全都承诺能提供更快的人工智能训练速度，但对于采用哪种炫目的计算技术来达成这一目标，它们各有主张，从量子计算到光子学到可逆计算不一而足。

然而，Eva 这家芯片初创公司的 28 岁创始人 Murat Onen，他从麻省理工学院的博士研究中转化出了这家公司，对于当下创办芯片企业的感受直言不讳。

“在这个领域，英伟达就是那个山顶之王，这就是我们所处的现实。”他如是说。

许多像 SambaNova、Cerebras 和 Graphcore 这样的公司正试图改变芯片的基本架构。想象一下，一个 AI 加速芯片需要不断地在不同区域间来回传输数据：信息存储在内存区，然后必须移动到处理区进行计算，之后再存储回内存区以保存。这一切都需要耗费时间和能源。

优化这一流程将为客户带来更快且成本更低的 AI 训练，但这只有在芯片制造商拥有足够优秀的软件，能让 AI 训练公司无缝过渡到新芯片上的前提下才能实现。如果软件迁移过程过于笨拙，像 OpenAI、Anthropic 和 Mistral 这样的模型厂商很可能会继续依赖大型芯片制造商。这意味着采取这种策略的公司，比如 SambaNova，不仅要花大量时间在芯片设计上，还要投入大量精力在软件设计上。

Onen 提出的是一种更深层次的变革。他没有使用传统晶体管（通过数十年的小型化实现了更高的效率），而是采用了一种名为质子门控晶体管的新组件，据称 Eva 专门为此设计，以满足 AI 训练的数学需求。这使得数据可以在同一位置存储和处理，节省了时间和计算能源。将此类组件用于 AI 推理的想法可以追溯到 20 世纪 60 年代，但由于材料障碍等原因，研究人员始终未能解决如何将其应用于 AI 训练的问题，其中一个关键要求是在室温下精确控制导电性的材料。

在实验室的某一天，“通过优化这些参数，加上运气不错，我们得到了想要的材料，”Onen 说。“突然间，这个设备不再像是科学展览项目了。”这提高了大规模使用此类组件的可能性。经过数月的工作以确认数据正确后，他创立了 Eva，相关工作发表在 Science 上。

（来源：Science）

但在这个行业中，许多创始人都曾承诺——但都未能——推翻领先芯片制造商的主导地位，Onen 坦率地承认，要判断设计是否按预期工作，以及制造商是否会同意生产，还需要数年时间。他说，带领公司在这样的不确定性中前行，需要灵活性，并且要乐于接受他人的质疑。

“有时候，我觉得人们对自己的想法太过执着，担心一旦这个想法失败就没有下一步了，”他说，“我不这么认为。我仍然希望有人挑战我们，告诉我们这是错的。”

原文链接：

https://www.technologyreview.com/2024/05/13/1092319/whats-next-in-chips/

芯片行业，好了吗？

一个礼拜前，半导体行业观察发布了一篇题为《芯片暴跌，全赖特朗普》的文章。文中，我们介绍了在特朗普对芯片行业和评价以及美国的相关政策影响下，导致芯片行业市值大跌。

但现在，随着海外芯片巨头纷纷发布财报，芯片行业又迎来新一轮的暴击。但和七天前受到不确定消息引起的行业恐慌不一样，这次的芯片大跌，则完全是在业绩数据以及预期拖累的结果。

以至于笔者昨日一直在和行业朋友说：“NXP带来的恐慌，被TI拉起来一把，再被瑞萨和ST推进了更深的深渊。”

NXP敲响警钟，TI稳住心态

荷兰芯片制造商NXP周一在一份声明中表示，公司在截止6月30的第二季度收入为31.3亿美元，同比下降5%。具体而言，汽车部门收入为 17.3 亿美元，较上一季度下降 7%，环比下降 4%；工业和物联网部门的销售额为 6.16 亿美元，同比增长 7%，环比增长 7%；移动部门实现销售额 3.45 亿美元，较上年同期增长 21%，较上一季度增长 1%；通讯、基础设施和其他部门实现营收 4.38 亿美元，较上年同期下降 10%，较上一季度下降 23%。

伦敦证券交易所的数据显示，NXP第二季度营收出现四年来最大降幅，汽车芯片，销量也出现三年多来最大降幅。值得一提的是，当黄总汽车芯片部门的收入不但让NXP难受，也让行业感到了NXP带来的寒风。

Constellation Research 的霍尔格·穆勒 (Holger Mueller) 表示，恩智浦的最新业绩提醒我们，并非每家芯片制造商的命运都与人工智能行业的命运息息相关。他解释道，该公司更像是一家老派芯片制造商，在更成熟的行业领域运营，并受到行业周期性的影响。

“多元化通常是恩智浦的优势之一，但近几个月来，这一优势并不明显，其工业和物联网及通信基础设施业务的增长被汽车和移动业务的下滑所抵消，”穆勒表示。“目前，恩智浦管理层需要振作起来，重复最近一个季度的做法，实现预期并努力寻找新的增长途径。”

在财务会议上，NXP展望截止第三季度，NXP预期公司的季度收入为 31.5 亿美元至 33.5 亿美元。根据彭博社汇编的数据，这一中间值低于分析师平均预期的 33.5 亿美元。该公司首席执行官 Kurt Sievers 更是警告称，恩智浦顶级客户的库存调整将延续到 2024 年下半年，这超出了最初的预期。Sievers 预计，公司2024 年的年收入将下降至个位数的低位。恩智浦预计内部库存水平将在第四季度开始下降，并在 2025 年恢复正常。

“我们将继续管理我们能控制的事情，以使恩智浦能够在充满挑战的需求环境中实现强劲的盈利能力和收益。”Kurt Sievers。

正是因为这些表现和预期，让NXP股价出现四年来最大跌幅。

进入次日，模拟芯片巨头TI发布财报，虽然从财报上看，TI似乎还处于冬季。但该公司管理层的预期给行业带来了一点信心。

数据线会，德州仪器第二季度收入从去年同期的 45.3 亿美元下降 16% 至 38.2 亿美元，收入环比增长 4%。据介绍，这是该公司连续第七个季度出现营收下滑。从利润数据上看，该公司第二季度净利润为 11.3 亿美元，合每股 1.12 美元，而去年同期净利润为 17.2 亿美元，合每股 1.87 美元。

TI首席执行官哈维夫·伊兰 (Haviv Ilan) 在一份新闻稿中表示：“工业和汽车市场继续连续下滑，而其他所有终端市场均实现增长。”他进一步指出，在TI的工业领域，大约一半的市场仍在消化库存，而其他市场则已恢复订单增加。

德州仪器首席执行官哈维夫·伊兰 (Haviv Ilan) 继续表示，中国是全球最大的半导体市场，在其电子产品制造商完成闲置零部件库存清仓后，中国已恢复增长。伊兰表示，欧洲和日本仍处于这一过程的早期阶段。“本季度我们的中国业务表现不错。有迹象表明客户已经减少了库存。”Haviv Ilan接着说。

首席财务官拉斐尔·利扎迪 (Rafael Lizardi) 则直言，当前的周期不同寻常，因为不同地区和地域的表现不同“德州仪器的工厂目前已接近满负荷运转，库存基本持平。高管们还表示，公司一收到订单就能完成大部分订单，这表明供需基本平衡。”Rafael Lizardi在投资者会上透露。

展望三季度，TI认为收入预计环比增长，主要是因为电子产品制造商正在为年底假日购物季做准备。尽管如此，这家总部位于达拉斯的公司仍坚持不预测芯片市场何时会全面回暖。

不过，雷蒙德·詹姆斯 (Raymond James) 分析师梅丽莎·费尔班克斯 (Melissa Fairbanks) 在以“转折点”为开头的报告中告诉客户“TI交货时间稳定，订单取消率降低”，这让行业备受鼓舞。但是Raymond James的费尔班克斯 (Fairbanks)也保持警惕道：“尽管我们对公司周期性底部形成的迹象感到鼓舞，并且利润率支撑正在改善，股价接近近期高点且资本支出强度较高，但我们目前仍持观望态度。”

ST再降预期，瑞萨创15年最大跌幅

如上文所说，在今天，另外两家芯片巨头ST和瑞萨，则在TI给行业送了一点温暖之后，来了个双重暴击。

首先看芯片制造商意法半导体。财报显示，由于工业订单疲软和汽车芯片需求下降，公司第二次下调了全年收入和利润率预期，这导致其股价大幅下跌 13.5%。有望创下四年多以来的最大单日跌幅。

这家法意半导体公司周四在一份声明中表示，今年的销售额将下降到 132 亿美元至 137 亿美元之间。这低于之前的 140 亿美元至 150 亿美元。而在今年 1 月，这家芯片制造商预测年收入将高达 169 亿美元。

“本季度，与我们之前的预期相反，工业客户订单没有改善，汽车需求下降，”ST首席执行官 Jean-Marc Chery 在声明中表示。他表示，汽车收入低于预期，抵消了公司个人电子业务销售额的增长。Jean-Marc Chery在电话会议中进一步披露：“由于需求逐渐减弱且库存大幅调整，我们正面临比预期更长、更明显的工业调整。”

而从ST的演示材料看来，欧洲芯片巨头的表现让人触目惊心。

如图所示，该公司的四大部门同步中除了数字IC和RF产品线环比增长以外，其他所有的也不都是同比环比下降，当中尤其是公司引以为傲的MCU业务，更是同比大跌了46%，环比也下跌了15.7%，这背后隐藏的需求和中国国产替代的带来的挑战，是笔者无法意料的。至于P&D业务和AM&S业务，也同样同比双位数下跌，环比则有单位数下跌。

从芯片应用的终端市场看，如上图所示，占公司半壁江山的汽车芯片业务同比下跌了15%，环比下跌也高达8%；营收贡献达20%的工业市场，同比下滑超过50%，环比也高达17%，从这也理解为何Jean-Marc Chery对工业如此悲观。

Kepler Cheuvreux 的 Sebastien Sztabowicz 表示：“ST的营收降幅非常大，他们将预期下调了 7 个百分点。”他补充说，一些投资者想知道该公司是否能很快实现复苏，或者深度回调是否会持续。

另一个汽车芯片大厂瑞萨也承认，公司在第一季度对前景预期有点过于乐观。公司也正在采取行动继续平稳，持谨慎态度。

从数据上看，瑞萨第二季度经营包括销售额和利润在内的业绩双双下降。其中销售额3588亿日元（比去年同期下降2.7%）、营业收入1106亿日元（比去年同期下降14.3%），季度净利润为 967 亿日元（同比下降 18.7%）。与上一季度（第一季度）相比，销售额增长2.0%，但营业收入和净利润较低，营业利润率更是为30.8%，较去年同期和上季度均有所恶化。

而受科技股普遍下跌和投资者对日本芯片制造商利润未达预期的失望影响，瑞萨电子株式会社股价出现 15 年来最大跌幅——股价周四下跌约 14%。

但是如果按照业务分，瑞萨汽车业务销售额为1904亿日元，同比增长18.2%，环比增长6.9%，工业/基础设施/IoT（物联网）业务则为1662亿日元。比去年同期下降18.9%，比上季度下降3.1%。

对于工业市场疲软的原因，瑞萨CEO表示，“工业市场的市场份额不存在担忧，整体需求仍然疲弱。市场和需求本身疲软，因此客户使用时间更长。”当然，他们的库存也是另一个影响因素。按照瑞萨所说，公司第二季度内部库存和渠道库存均有所增加。而由于存储加工晶圆（主要是使用 40nm 工艺的微控制器）的“芯片库”的扩张，内部库存正在增加。但由于库存的调整，该公司预计本季度工业用芯片的销售额将下降，但下一季度收入将回升。

瑞萨CEO表示，“公司的第二季度业绩和第三季度盈利预测都令人失望。我们将坚定地重建我们的结构，保持增长速度，咬紧牙关进行投资，我们将重回正轨。即使这意味着降低我们的营收。”

AI芯片，也不是救世主

如果说上面厂商的股价表现差，是因为公司的营收预期不好。但其实在这个时刻，我们发现一些搭上AI芯片列车半导体厂商，也都站在危险边缘。

首先看HBM龙头，英伟达最紧密的合作伙伴SK海力士。数据显示，该公司二季度销售额好于预期，达到 16.4 万亿韩元（合 119 亿美元），其高带宽内存收入飙升逾 250%。截至 6 月的三个月内，该公司的营业利润也超出预期，达到 5.47 万亿韩元，营业利润率为 33%，这得益于 DRAM 和 NAND 整体价格上涨。

该公司表示，将于本季度量产其下一代 12 层 HBM3E 芯片，从而扩大其在设计和供应用于 Nvidia 人工智能加速器的高端内存方面对竞争对手三星电子和美光科技的领先优势。该公司还称，HBM3E 产品今年将占其所有 HBM 芯片产量的一半左右。

但即使业绩如此优越，SK 海力士的股价周四在首尔下跌了 8.9%，创下了 2022 年 11 月以来的最大盘中跌幅。此前，美国科技股普遍下跌，其中英伟达下跌 6.8%，因为投资者对人工智能相关公司的估值过高感到不安。正在努力打入利润丰厚的高端内存市场的三星电子公司股价也下跌 2.3%。

按照彭博社所说，之所以会发生这种问题，是因为人们越来越担心，除非微软和 Alphabet Inc. 等公司能够从巨额投资中获得可观的收入，否则人工智能和数据中心支出将放缓。本周，摩根士丹利更是将 SK 海力士和台湾半导体制造公司等人工智能芯片行业股票从其关注名单中剔除，并警告称，现在可能是时候稍事休息了。

而另一家受AI推动的半导体设备厂商ASMPT也释放出了严峻的信号。

ASMPT行政总裁黄梓达表示，先进封装（AP）的订单数量激增，特别是由生成式人工智能（AIGC）和高性能计算（HPC）推动热压焊接（TCB）收入，故看好其前景。但由于大众的消费欲望仍然低迷，导致半导体解决方案分部（SEMI）复苏需要比预期更多的时间，而表面贴装技术解决方案分部（SMT）市场疲弱，相关业务发展遇阻，期望中国市场能带来更多订单，为企业带来盈利。

黄梓达续指，由于汽车及工业细分市场乏力，故分部业务会面临一定阻力，但目前焊线及混合式焊接业务好转，反映SEMI逐渐复苏，相信该分部业务现时已见底，预计今季SEMI分部营收持平。

正是因为这样，使得公司上半年销售收入为64.8亿元，按年减少17.1%，半导体解决方案分部（SEMI）和表面贴装技术解决方案分部（SMT）的收入，分别按年减少5%及25.5%。ASMPT上半年纯利更是只有3.15亿元，按年减少49.6%。

黄梓达估计，今季半导体主流产品的订单将会保持平稳，但工业生产及自动化生产市场疲软，持续困扰SMT解决方案业务，估计今季整体收入或会按年跌约10%，按季跌逾6%，订单量亦会按季录得单位数跌幅。

这些不佳的数据让ASMPT的股价应声大跌 23%，市值蒸发上百亿。

与此同时，受更大范围的行业调整影响，受主要汽车和工业客户需求下降影响，给相关半导体厂商业务前景造成打击、受此影响，ASML 和 ASMI 的股价均下跌约 3%。BE Semiconductor Industries公司则由于受到主流装配市场（尤其是中国）增长疲软的打击，公司股价下跌13%，此前该公司预测第三季度销售额将持平，尽管其人工智能系统订单有所增长。

此外，包括 ams OSRAM（周五公布业绩前下跌 7%）、 Melexis （下跌 4%），Technoprobe、 Soitec 和 Nordic Semiconductor在内的芯片公司的股价也都下降了。

写在最后

在最近与不少行业人士的交流中，他们对芯片行业的下半年其实还是很悲观。不少人的观点其实和瑞萨CEO的想法一样，就是认为自己在年初的时候对下半年甚至二季度的预期过于乐观了。

正如很多分析师所说，整个芯片行业如果刨除了AI芯片带来的增长以外，真实的数据又会是怎么演的呢？如上文最后一段所言，现在AI芯片的增长势头似乎也进入了强弩之末。

后势如何？大家怎样预测？欢迎大家分享你们所在行业的一些感受和展望。

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