美国的芯片革命

2024-08-03 03:08

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来源：内容由半导体行业观察（ID：icbank）综合，谢谢。

美国商务部副部长劳里·洛卡西奥表示，美国需要发明新的芯片制造技术。

有一件事尽管存在很多分歧，但美国政界人士似乎都一致认为，美国需要在技术上领先，才能保持经济和地缘政治的领先地位。如何确保这种领导地位将是下一任美国总统及其幕僚面临的关键问题。

过去两届政府都采取了一些特别措施来保持芯片制造和人工智能的优势，这两个领域密不可分、错综复杂。美国及其盟友限制向主要地缘政治对手（即中国）出口尖端芯片和硅制造设备。2022 年，美国还通过了《芯片法案》，该法案将投入 2800 亿美元将更多微芯片制造带回美国本土。

美国商务部标准与技术部副部长兼国家标准与技术研究所所长Laurie E. Locascio负责监督政府的芯片投资。她告诉《连线》杂志，发明新的芯片设计和制造技术对于确保美国在人工智能领域的技术领先地位至关重要。她补充说，芯片封装（以新方式组合组件以提高性能的过程）可能对下一波人工智能尤其重要。

洛卡西奥最近在华盛顿特区商务部总部与《连线》杂志资深撰稿人威尔·奈特进行了交谈。

《连线》：生成式人工智能和 ChatGPT 如何改变美国政府的微芯片优先事项？

在疫情期间，我们无法获得基本芯片，也就是我们依赖的技术。但现在话题正在转变。人们意识到我们需要最先进的芯片。我们在人工智能领域确实处于领先地位，人工智能正在改变许多企业的格局。所以现在最重要的是人工智能芯片，这也是每个人都关心的问题。

《连线》：这对于《CHIPS法案》来说到底意味着什么？

我们不只是想把当今的技术带到我们的国家。我们真正需要做的是能够制造出下一代产品和实验室中诞生的创新产品。我们一直处于这一领域创新和创造力的前沿，这就是我们的优势。

这就是为什么 CHIPS 法案包含这两个部分——110 亿美元用于研发，390 亿美元用于制造。这两个部分必须同步运作，因为正是我们的创新能力让这些制造商愿意留在这里。因此，我们正在与研发界同步开发可以直接投入生产线的新型技术。

《连线》：更快的人工智能芯片对于人工智能公司打造更强大的人工智能至关重要。这种需求如何影响对下一代制造业的投资？

我想说，它确实让我们的思考集中在某些领域。例如，当我们考虑如何花费与“先进封装”相关的 30 亿美元时，我们实际上正在考虑人工智能问题。我们了解封装对于该特定问题集的重要性。我想说，它确实让我们的思考集中在制造方面和研发方面的某些领域。

《连线》：为什么封装（将不同的组件组装在一起）如此重要？

这听起来可能是一个平凡的话题，但封装可以实现三维芯片架构的开发，这将真正加速 AI 芯片的功能，并有助于实现 AI 革命。我们刚刚宣布了16 亿美元的融资意向通知。它确实专注于许多领域，但与 AI 芯片相关的功率要求和热要求是其中非常重要的一个。

材料和基底也非常关键，我们需要考虑如何将新型材料融入新架构。超大规模计算（如何在数据中心内将芯片连接在一起）也很重要。

《连线》：谈到您的另一个角色，作为 NIST 的主任，您还负责制定有关人工智能的标准和实践。人工智能安全研究所的工作旨在确保人工智能不会以危险的方式部署，那么它现在的情况如何？

这项工作还处于早期阶段，但我们正在与世界各地的其他人工智能安全机构发展关系，并且目前正在制定人工智能模型测试指南。

《连线》：一年前，我们听到了很多关于通用人工智能和人工智能构成生存威胁的讨论。这是 NIST 正在积极研究的课题吗？

我想说的是，我们参与了人们的每一次对话，但我们没有专门的团队来专注于此。我们始终对新威胁保持警惕，但就目前情况而言，对这一主题的严格研究很少。随着技术的进步，我们将继续倾听人工智能社区的意见，并用事实和经验证据指导我们的项目。

《连线》：当今的 AI 基准似乎不是衡量 AI 进步的完美方法。我们似乎也没有很好的方法来衡量 AI 在公司内部和经济中的影响。NIST 能在这方面提供帮助吗？

我没有一个很好的衡量人工智能潜在经济效益的方法。如果你有，我很乐意看到。我们想要创新，但我们需要负责任地去做。我们需要以一种让人们信任技术的方式来做，这样我们才能利用它。我们只需要确保我们能够以一种对我们有利的方式使用它。

西方硅片的复兴

沿着 17 号州际公路，在凤凰城和亚利桑那州卫星城安瑟姆之间，一片闪闪发光的建筑工地横跨 1,100 英亩的开阔沙漠。中国台湾半导体制造公司 (TSMC) 正在这里建造一座工厂，将生产一些世界上最先进的半导体——对美国国家安全和最现代技术至关重要的硬件。

大凤凰城经济委员会主席兼首席执行官克里斯·卡马乔对该项目的发展潜力充满热情。“我们正处于未来 30 年大规模转型的前沿，”他说。“能源、气候技术、电池、电动汽车、量子计算、医疗诊断——所有这些的核心都是（半导体）芯片。”

半导体，即微芯片，可帮助计算机处理和存储信息。直到 20 世纪 80 年代初，美国一直主导着全球微芯片生产，但随着制造业转移到海外，技术不断进步，开始需要更专业的专业知识和设备来生产。如今，美国依赖其他国家提供尖端芯片所需的关键部件，这使得该行业特别容易受到供应冲击的影响，例如疫情造成的供应冲击。这就是为什么国会两党联盟通过了2022 年《芯片与科学法案》，该法案释放了数十亿美元资金来促进国内生产，其中大部分将直接流向美国西部城市

2022 年，美国生产了全球 10% 的半导体。现在，它的目标是到 2020 年生产全球 20% 的最先进芯片。截至 6 月中旬，拜登政府已与 10 家国内外芯片制造商签署了初步协议，共计获得 295 亿美元的《芯片法案》联邦资金。在西方，高达 66 亿美元的资金将用于台积电的三家新工厂，而另外 85 亿美元则专门用于美国芯片制造商英特尔在俄勒冈州、新墨西哥州、亚利桑那州等地的业务。

“这令人兴奋，”新墨西哥州桑多瓦尔县县长韦恩·约翰逊说，英特尔计划利用公共资金升级其制造设施。“这创造了机会，创造了就业机会，也让我们有能力提供更好的（市政）服务。”

然而，这些经济机会将伴随着资源需求。众所周知，半导体制造是水和能源密集型产业，半导体越先进，通常需要的水就越多。亚利桑那州商务局委托撰写的一份行业报告估计，要生产全球 16% 的半导体，美国每年将需要额外 460 亿加仑的水和 3800 万兆瓦时的电力。

亚利桑那州的水资源仍然紧张。该州约 40% 的水来自科罗拉多河，干旱和气温升高导致水源减少，迫使官员削减农业用水量。2023 年，亚利桑那州宣布暂停仅依赖地下水且缺乏长期供水保障的新住宅开发项目。

据《亚利桑那共和报》报道，台积电凤凰城地区三家工厂中的第一家工厂每天将使用约 475 万加仑的水，大约足以供应该市 2% 的住房。该公司表示，计划回收大部分用水；新工厂预计将通过内部回收系统满足 65% 的用水需求。

菲尼克斯市的大部分水源来自科罗拉多河和其他河流。为了满足未来的需求，包括台积电的预期需求，该市水资源管理顾问辛西娅·坎贝尔表示，菲尼克斯市计划增加节水措施，并建造一座先进的净水厂，每天可生产5000 万至 8000 万加仑的饮用水。该市还支持扩建维德河上的一座水坝，该项目需要国会批准。

台积电的三家工厂预计将创造 6,000 个永久性就业岗位，为凤凰城北部打造一条新的经济走廊，为公用事业带来可观的房地产税、销售税和税率收入。亚利桑那州立大学凯尔水资源政策中心主任莎拉·波特表示，经济刺激将使该市更容易开发净水厂，她称这是“一个重大项目，最终将使该市在科罗拉多河方面拥有更大的灵活性。”

在英特尔正在扩大其半导体业务的亚利桑那州菲尼克斯和钱德勒郊区，对地下水依赖程度较高的城镇可能更难获得额外的水源。如果他们希望从预期的繁荣中获利，他们将需要投资更广泛的水资源解决方案，例如从部落租用河水。

位于新墨西哥州桑多瓦尔县东北部数百英里处，县政府官员更关心住房问题，而不是供水问题。根据半导体行业协会的数据，芯片制造业的就业倍数为 6.7，这意味着该行业的每个工作岗位间接支持 5.7 个其他工作岗位。如果《芯片法案》如预期的那样，帮助英特尔在里奥兰乔市的工厂创造 700 个新工作岗位，那么这些岗位可能会在其他行业创造大约 4,000 个工作岗位。即使该公司像最近一样雇用大量当地工人，住房需求也可能增长。

Zillow 的数据显示，从 2020 年初到 2024 年 4 月，新墨西哥州的平均房价上涨了近 50%。在桑多瓦尔县，涨幅接近 60%，从 22.8 万美元涨至 35.9 万美元。该县正在与开发商合作，增加经济适用房的供应，包括 550 号公路沿线新建的 240 套公寓楼。

县长约翰逊希望英特尔的扩张能吸引更多科技制造商进驻该县。“（英特尔）在很多方面都为里奥兰乔的发展做出了贡献，”约翰逊说道。“《CHIPS 法案》让我们在未来的全球市场中保持竞争力变得更加容易。”

在西部其他地区，半导体制造商美光公司计划斥资 150 亿美元在爱达荷州博伊西市新建一家内存芯片工厂。这是该州历史上最大的一笔私人投资，该公司从《芯片法案》获得的 61 亿美元将进一步支持这一投资。另一家芯片制造商微芯片科技公司已与美国商务部签署了一项初步协议，该协议将为其在俄勒冈州和科罗拉多州的制造工厂的扩建提供 1.62 亿美元的联邦资金。

决定如何分配 CHIPS 法案资金的过程始于 2023 年初。白宫官员评估了提案的商业可行性、劳动力发展计划和满足国家安全目标的潜力。他们还审查了公司的节水和最大限度利用清洁能源的计划，但所有项目都需要接受全面的环境影响审查。

台积电在凤凰城地区可能面临坎坷：据报道，该公司与亚利桑那州建筑工会发生了冲突，并努力应对台湾管理层与美国员工之间的文化差异。今年 1 月，台积电将其第二家工厂的开业时间推迟到 2027 年或 2028 年；第一家工厂将于 2025 年开始生产。但从社区大学培训项目到普通话学校等当地机构已经动员起来，为新工厂提供支持。

“我们很自豪能够复兴自二战后亚利桑那州成立以来就一直存在的半导体产业，”卡马乔说，“现在我们又回到了半导体中心。”

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