數據中心，被氦氣“拿捏”

人工智能半導體供應鏈高度集中于少數幾個生產基地，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、全環繞柵極（GAA）納米片形成過程中選擇性比的面內均勻性，以及存儲單元的電學性能產生致命影響。更關鍵的是，這不僅會導致產品良率下降，還可能使成品無法達到既定規格要求。

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幾個生產基地，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存（HBM）。SK海力士在全球HBM3E市場占據主導地位，其產品被應用于英偉達B200芯片組，三星和美光則緊隨其后，共同占據全球HBM市場的絕大部分份額。

韓國內存制造商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單芯片的產出，二是HBM的供應規模。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雙重疊加態勢。

3D NAND：影響AI學習數據基礎設施

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閃存已實現超過200個垂直存儲單元的堆疊結構，部分產品已接近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供應受限將推高數據中心存儲擴展的成本，導致固態硬盤（SSD）價格飆升，進而制約訓練數據規模的擴大，間接影響人工智能模型的迭代速度。

超大規模數據中心的投資體系正在崩潰

2025年至2027年間，全球主要超大規模數據中心運營商計劃大規模投資人工智能基礎設施，其中美國前四大超大規模數據中心運營商的資本投資規模尤為龐大。

美國前4大超大規模數據中心運營商對數據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中的任何一種產品供應受到嚴重限制，數據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整需求側（如改變訂單數量、替換替代產品）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實用化后，才能從根本上破解。

重新定義瓶頸——“制造業”先于“電力”停止

迄今為止，行業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封裝產能：臺積電先進封裝技術（CoWoS-S/CoWoS-L）的產能，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，人工智能數據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現，在供應鏈更上游的環節，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芯片均已按規格制造完成；同樣，在討論數據中心電力消耗之前，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。

影響擴散到四個階段

第一階段：工業氣體供應商

正如AirGas公司所宣布的那樣，氦氣供應商將優先供應醫療和國防領域，大幅減少對包括半導體制造在內的工業領域的供應。霍爾木茲海峽的封鎖將導致約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，這將導致美國國內的氦氣產量（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）將因產品良率大幅下降或生產線停產，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，韓國內存制造商65%的氦氣采購依賴卡塔爾，其HBM生產中的高深寬比TSV蝕刻，以及3D NAND生產中的存儲孔蝕刻，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，各企業將正式宣布停止供應，并依據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架構產品）、AMD（MI300系列）、博通（谷歌TPU定制ASIC）、高通、蘋果和聯發科等企業，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品良率失敗，都將導致整個封裝流程停滯。

第四階段：超大規模數據中心

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無法履行與客戶（Azure、GCP、AWS和Meta AI的用戶）簽訂的服務級別協議（SLA），進而影響其市場信譽和業務發展。

現階段，整個人工智能行業的增長前景已受到根本性動搖。僅上述四家企業的市值總和就超過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實，市場對行業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N2制程量產。其仿照IBM工藝開發的GAA成型過程中，納米片等離子體刻蝕環節的溫度控制精度必須嚴格控制在±0.5°C以內。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，導致產品良率完全無法保證，量產計劃將被迫延誤。

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，目前已出現溫度均勻性惡化的問題，引發市場對信噪比（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，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定。

氦氣斷供的沖擊規模遠超當前認知，且仍在持續發酵。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節，幾乎動搖了半導體制造各個環節溫度控制和質量保證體系的根基。

因此，氦氣供應鏈中斷將引發從工業氣體供應商、半導體制造商、人工智能芯片供應商，到超大規模數據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模數據中心運營商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，實際上無法落地執行。

目前，尚無任何導熱介質能夠替代氦氣。現有氦氣回收系統的回收率雖據稱可達80%-95%，但該系統僅能減少氦氣消耗，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，整個回收系統將陷入無法運轉的困境。因此，這場危機純粹由資源短缺引發，不存在任何技術層面的變通解決方案，與半導體行業以往經歷的任何供應鏈危機都有著本質區別。

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