英偉達公司是這一時代的典范。其市值約為5萬億美元，是全球最有價值的公司。英偉達創始人兼首席執行官黃仁勛上周在華盛頓舉行的公司人工智能大會上發表了精彩演講。在主題演講中，黃仁勛詳細闡述了英偉達芯片取得的進步。他感謝特朗普總統通過能源政策將芯片制造從亞洲帶回美國，這些政策促進了美國本土人工智能微芯片的生產。

英偉達最新的芯片大多采用塑料封裝，外形酷似螞蟻或甲蟲，腿部由銅線構成。每顆芯片包含多達2080億個晶體管開關，售價約為3萬美元。一項革命性的突破在于，這些數據中心芯片不再像筆記本電腦的中央處理器那樣獨立運行。相反，在數據中心中，成千上萬甚至數百萬顆芯片相互連接，共同構成一臺“超大規模”計算機，其集體思維被稱為人工智能（AI）。位于田納西州孟菲斯的Colossus 2是全球TOP級的數據中心，也是埃隆·馬斯克xAI的核心。作為Grok和自動駕駛汽車的源泉，Colossus 2將大約一百萬顆英偉達芯片集成到一臺龐大的計算機中。

“芯片”如此吸引著我們這個時代的人們，以至于就連新設備的制造商都稱其潛在的繼任者為“巨型芯片”或“超級芯片”。但事實上，這種新設備與微芯片截然相反，它沒有獨立的處理單元或存儲器，也沒有用電線“引腳”封裝在塑料外殼中。

美國政府視芯片為至關重要的戰略產業。2022 年的《芯片法案》授權撥款超過 2000 億美元，用于支持美國本土的芯片制造。從芯片制造設備巨頭 ASML 的總部所在地荷蘭，到臺灣及其實力雄厚的臺積電，微芯片都在影響著美國的對外政策。臺積電占據了尖端芯片市場 95% 以上的份額，這些芯片應用于手機和其他先進設備。

通過限制中國芯片市場（中國擁有絕大多數半導體工程師），美國的產業政策阻礙了美國晶圓制造設備（芯片制造的關鍵設備）生產商的發展，但這并未減緩中國的崛起。自2020年前后這些保護主義政策出臺以來，中國半導體資本設備產量每年增長30%至40%，而美國同期年增長率約為10%。

這一變化與美國自2019年5月起對中國電信巨頭華為實施的禁令的影響如出一轍。該禁令導致2021年至2024年間美國公司對華為的銷售額減少了330億美元，而華為的全球市場份額卻有所擴大。

產業政策和保護主義幾乎總是偏袒那些面臨淘汰的現有產業。就此而言，《芯片法案》及其相關的禁令和關稅，與路易斯安那州對汽油中添加乙醇或種植甜菜的補貼，以及如今在萊斯大學開發的新技術能夠從電子垃圾中高效提取稀土的情況下，對稀土開采的補貼并無二致。所有旨在挽救美國微芯片生產的努力，都發生在微芯片時代即將終結的種種跡象之中。

關鍵機器的精妙物理特性清晰地展現了這一點，它決定并限制了芯片的尺寸和密度。我們有些人稱之為“EUV機器”。最新版本由ASML制造，可進行高數值孔徑極紫外光刻。如果你不是中國人，你可以花大約3.8億美元購買一臺EUV機器。目前為止，大約售出了44臺。它裝在大約250個箱子里，需要數百名專業工程師花費大約六個月的時間才能安裝完畢。IBM的研究總監達里奧·吉爾稱其為“世界上最復雜的機器”。

EUV光刻是一種“相機”。它通過帶有芯片設計的石英鉻光掩模，將光圖案投射到 12 英寸硅晶片表面的“薄膜”或“光刻膠”上。

EUV機器中一切運行的根本在于物理定律和工程約束的融合，而這最終歸結為光罩EUV。光罩決定了芯片的尺寸，而芯片尺寸又決定了人工智能計算的粒度。因此，光罩EUV決定了執行特定人工智能任務需要連接多少個圖形處理單元（主要來自英偉達）。超過某個臨界點——大約 800 平方毫米，或 1.25 平方英寸——光速定律便會限制更大的設計。

從英偉達定義的超大規模數據中心日益增長的復雜性中，我們可以看到光罩限制的影響。其結果是——更小、更密集的芯片和“芯片組”，每個芯片組都有其自身復雜的封裝——這導致最終需要對流程進行更徹底的重新集成，才能獲得一致的結果。計算首先必須分散到多個芯片上，然后再重新編譯。其結果是芯片之間的通信開銷更大，需要更復雜的封裝、更多的線纜和光纖鏈路。

不可避免的光罩尺寸限制導致芯片時代的終結。接下來會是什么？晶圓級集成模型，它將徹底繞過芯片。馬斯克先生在特斯拉時期就率先提出了這一概念，當時他啟動了現已解散的Dojo計算機項目；如今，DensityAI公司重新拾起了這項技術。

位于加州帕洛阿爾托的 Cerebras 公司在其 WSE-3 晶圓級引擎中應用了這一概念。WSE-3 擁有約 4 萬億個晶體管——是英偉達 Blackwell 芯片的 14 倍——內存帶寬更是后者的 7000 倍。Cerebras 將內存直接刻錄在晶圓上，而不是像傳統方法那樣將其放置在遙遠的芯片和芯片組等高帶寬內存網絡中。該公司將晶圓級引擎堆疊了 16 倍，從而將一個數據中心縮小到一個擁有 64 萬億個晶體管的小盒子里。

同樣致力于打造晶圓級未來工藝的還有David Lam，他是全球第三大晶圓制造設備公司林氏研究公司Lam Research Corp.的創始人。2010年，林先生創立了Multibeam公司，該公司研發出一種可進行多列電子束光刻的設備。這項技術使制造商能夠突破光罩尺寸的限制。Multibeam公司已經展示了刻蝕8英寸晶圓的能力。

后微芯片時代即將到來，數據中心將集成在晶圓級處理器的盒子里。