氦气断供：人工智能半导体供应链的致命危机
作为聚焦氦气断供影响半导体行业的系列文章第二篇，本文延续首篇《氦气告急，直击AI热潮》的核心议题，深入剖析这场供应链危机的深层传导逻辑。
氦气采购停滞，人工智能热潮会降温吗？
氦气（He）供应中断会导致晶圆温度控制失效，对高深宽比（HAR）刻蚀的线宽（CD）可控性、全环绕栅极（GAA）纳米片形成的选择性比面内均匀性，以及存储单元电学性能产生致命影响。这不仅会降低产品良率，还可能使成品无法达到既定规格。
也就是说，即便半导体芯片能制造完成，性能也难以保障。这种“硬性供应中断”下，人工智能基础设施将成为受影响最严重、波及范围最广的领域。
人工智能半导体供应链的结构性脆弱
当前人工智能半导体供应链高度集中于少数生产基地，氦气断供进一步放大了其脆弱性。
GPU/AI ASIC：高度依赖台积电工艺
英伟达的Hopper系列（H100、H200）、Blackwell系列（B200、GB200）、下一代Rubin架构，博通的TPU定制ASIC、超威半导体的MI300系列，均采用台积电先进制程（N5/N4/N3）制造。
这些制程涉及鳍式场效应晶体管（FinFET）结构，每一步干法刻蚀工序（包括鳍片形成、栅极图形化及精细布线制作）都需氦气背面冷却实现高精度温度控制。从N2制程引入的GAA结构中，纳米片形成依赖高选择性等离子体刻蚀，进一步提升了对氦气的依赖。
氦气短缺会破坏±0.5°C的温度均匀性要求，线宽（CD）偏差扩大会直接导致漏电流增加、频率分档性能恶化，甚至造成GPU芯片缺陷——这类芯片通常集成千亿级晶体管。若台积电N3制程良率下降10至20个百分点，每片晶圆合格芯片数量将大幅减少，GPU供应量将不再与晶圆投入量成正比。
HBM：依赖三大厂商
影响人工智能GPU和ASIC性能的关键因素是高带宽内存（HBM）。SK海力士在全球HBM3E市场占据主导地位，产品应用于英伟达B200芯片组，三星和美光紧随其后，共同占据全球HBM市场绝大部分份额。
韩国内存制造商65%的氦气供应依赖卡塔尔，截至2026年4月，卡塔尔氦气库存已明显下滑。HBM制造工艺比普通DDR DRAM更复杂，需大量采用高深宽比蚀刻技术，包括硅通孔（TSV）制作。因此，氦气短缺对HBM产能的影响远大于普通DDR DRAM。
若SK海力士HBM供应中断，即便台积电能正常生产GPU和AI ASIC芯片，也无法封装至芯片级晶圆封装（CoWoS）中。人工智能半导体产能取决于GPU/AI ASIC单芯片产出和HBM供应规模，两者均受氦气短缺直接影响，意味着供应链瓶颈双重叠加。
3D NAND：影响AI数据基础设施
生成式人工智能在推理和模型训练阶段都对存储容量有极高需求。目前3D NAND闪存已实现超200个垂直存储单元堆叠，部分产品接近300层。其存储孔制作是高深宽比（HAR）蚀刻技术的巅峰，纵横比超100:1。
三星、SK海力士集团（Solidigm）、铠侠和美光科技等主流3D NAND制造商，均采用氦气依赖型制造结构。3D NAND供应受限将推高数据中心存储扩展成本，导致固态硬盘（SSD）价格飙升，制约训练数据规模扩大，间接影响人工智能模型迭代速度。
超大规模数据中心投资体系面临崩溃
2025年至2027年间，全球主要超大规模数据中心运营商计划大规模投资人工智能基础设施，美国前四大运营商的资本投资规模尤为庞大。
美国前4大超大规模数据中心运营商对数据中心的资本投资预测
这些资本投资基于半导体产品按计划交付的核心假设。若GPU、AI ASIC、CPU、HBM、DDR DRAM或SSD中任何一种产品供应严重受限，数据中心建设进度将被迫延误，投资回收计划也将受根本性冲击。
更值得警惕的是，此次半导体短缺并非“暂时性供需缺口”，而是“制造工艺物理限制”所致。这一问题无法通过调整需求侧解决，唯有氦气供应恢复正常，或不依赖氦气的温度控制技术实用化，才能从根本上破解。
重新定义瓶颈——“制造”先于“电力”停摆
行业分析师和媒体反复探讨三大核心制约因素：CoWoS封装产能、HBM供应、电力供应。这些制约因素客观存在，但本文分析发现，供应链上游存在更根本的限制因素——氦气供应。
讨论台积电CoWoS封装产能前，需确保封装所需的GPU、AI ASIC芯片和HBM芯片按规格制造完成；讨论数据中心电力消耗前，需确保AI服务器核心半导体器件供应充足。
氦气供应中断将直接破坏半导体制造的“工艺建立条件”，对供应链顶端形成刚性制约，导致所有下游投资计划、技术路线图和商业模式的前提条件失效。截至2026年4月，人工智能热潮面临的最大风险，既不是电力短缺，也不是需求下滑，而是氦气供应中断导致半导体无法正常生产。
影响扩散的四个阶段
第一阶段：工业气体供应商
如AirGas公司宣布，氦气供应商将优先供应医疗和国防领域，大幅减少对半导体制造等工业领域的供应。霍尔木兹海峡封锁导致约200个低温ISO集装箱滞留，相当于全球每月液氦供应量的相当一部分，将使美国国内占全球43%市场份额的氦气产量无法满足需求。
第二阶段：半导体制造商
受氦气供应限制，存储器制造商（SK海力士、三星、美光、铠侠）和晶圆代工厂（台积电、三星晶圆代工、英特尔晶圆代工）将因产品良率大幅下降或生产线停产，无法履行晶圆及芯片供应合同。韩国内存制造商65%的氦气采购依赖卡塔尔，其HBM生产中的高深宽比TSV蚀刻，以及3D NAND生产中的存储孔蚀刻，将首当其冲受冲击。
高度依赖卡塔尔氦气的韩国内存制造商（SK海力士、三星），可能在2026年5月至6月宣布停止相关产品供应；台积电和美光可能在同年6月至7月跟进；英特尔则可能在7月至8月宣布停供。届时各企业将正式宣布停供，并依据不可抗力条款寻求豁免供货义务。
第三阶段：人工智能芯片供应商
GPU/AI ASIC芯片和HBM采购中断，将导致英伟达（Hopper、Blackwell、Rubin架构产品）、AMD（MI300系列）、博通（谷歌TPU定制ASIC）、高通、苹果和联发科等企业，无法履行与服务器供应商（戴尔、HPE、超微等）及移动设备制造商的供货合同。台积电CoWoS封装工艺需同时具备先进逻辑芯片和HBM才能完成——任何一种产品良率失败，都将导致整个封装流程停滞。
第四阶段：超大规模数据中心
无法采购人工智能服务器，将严重延误微软（2025财年约800亿美元）、谷歌（约750亿美元）、亚马逊（约1000亿美元）和Meta（约600亿至650亿美元）的人工智能服务器采购资金拨付——四家企业每年采购总额超3000亿美元（约合45万亿日元）。此举可能导致这些企业无法履行与客户（Azure、GCP、AWS和Meta AI用户）的服务级别协议（SLA），影响市场信誉和业务发展。
现阶段，人工智能行业增长前景已受根本性动摇。仅上述四家企业市值总和超8万亿美元（约合1200万亿日元），若人工智能服务器供应长期停滞，市场对行业增长的预期将大幅下降，面临1万亿至2万亿美元（约合150万亿至300万亿日元）的市值损失风险。
对日本的影响
首先是Rapidus公司，目标2027年实现N2制程量产。其仿照IBM工艺开发的GAA成型过程中，纳米片等离子体刻蚀环节温度控制精度需严格控制在±0.5°C以内。若氦气供应中断，晶圆表面温度均匀性偏差将扩大至±2°C以上，产品良率无法保证，量产计划将被迫延误。
JASM熊本1号工厂（制程覆盖22/28nm至12/16nm）用于索尼CMOS图像传感器的模拟混合信号工艺，已出现温度均匀性恶化问题，引发信噪比（SNR）下降担忧。若台积电熊本2号工厂（3nm制程）2027年如期投产，其先进制程对氦气的依赖性将进一步增加，风险持续放大。美光广岛工厂也将直接受影响，其第一代β/1γ DRAM生产的高深宽比（HAR）刻蚀工艺对氦气依赖性极高。
此外，汽车应用领域的半导体，因温度控制恶化导致的电气特性变化，可能无法满足AEC-Q100（集成电路）和AEC-Q101（分立元件）的可靠性标准，无法获得出货认证，影响汽车半导体供应稳定。
氦气断供的冲击规模远超当前认知，且仍在持续发酵。与最初仅作为部分干法刻蚀设备制冷剂的氟化物不同，氦气的破坏性影响覆盖干法刻蚀设备、极紫外光刻（EUV）、化学气相沉积（CVD）/原子层沉积（ALD）设备以及氦泄漏测试等环节，几乎动摇了半导体制造各环节温度控制和质量保证体系的根基。
因此，氦气供应链中断将引发从工业气体供应商、半导体制造商、人工智能芯片供应商到超大规模数据中心运营商的四阶段合同违约链，导致美国前四大超大规模数据中心运营商2025年总额超3000亿美元（约45万亿日元）的人工智能基础设施投资计划无法落地执行。
目前尚无任何导热介质能替代氦气。现有氦气回收系统回收率虽达80%-95%，但仅能减少消耗，无法增加总供应量，且无法应用于干法刻蚀设备。
若氦气初始供应无法保障，整个回收系统将陷入困境。这场危机纯粹由资源短缺引发，不存在技术层面的变通解决方案，与半导体行业以往供应链危机有本质区别。
本文来自微信公众号“半导体产业纵横”（ID：ICViews），作者：汤之上隆，36氪经授权发布。
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