氦气短缺对AI芯片制造的冲击

伊朗战争扰乱全球氦气供应与人工智能芯片制造商

人工智能

美国和某机构对伊朗发动空袭、导致伊朗最高领导人遇害数天后，伊朗伊斯兰革命卫队宣布封锁霍尔木兹海峡——这条狭窄水道承载着全球约五分之一的石油运输。虽然石油占据了新闻头条，但全球三分之一的商用氦气来自卡塔尔，同样被切断供应。

氦气通常与派对气球相关联，但它对磁共振成像扫描仪、航空航天以及人工智能微芯片制造至关重要。随着海峡关闭，全球氦气供应链的中断可能产生持续数月的连锁反应，影响地球上最先进的技术。

然而，这场危机恰逢氦气市场供应过剩，这缓解了战争的即时影响。“将会出现短缺，”某氦气咨询公司创始人表示。但关键问题在于其持续时间。

“卡塔尔有三座氦气工厂，其中两座从液化天然气工厂的废气中提取氦气，”该创始人说。液化天然气被装载到油轮上，其通往海洋的唯一路径就是通过霍尔木兹海峡。“当霍尔木兹海峡关闭时，一旦液化天然气储罐被填满，他们就不得不停产，”他说。对卡塔尔设施的军事攻击也导致了工厂关闭。

尽管令人担忧，但从数据上看远非灾难性。全球产能损失30%，但近期有15%的供应过剩作为缓冲，该创始人估计净短缺约为15%。供应商将全球大部分氦气泵入11000加仑的低温容器，这些容器被装上卡车，再用起重机吊到货船上。供应链漫长而缓慢：战争爆发前刚从卡塔尔运出的氦气可能仍在运输途中。“目前在终端用户层面还没有实际短缺，”他说。“这有点像海滩上阳光明媚，但你听说海啸就要来了。你必须赶紧离开。”

由于该行业依赖约2000个昂贵的氦气容器，其中许多现在被困在卡塔尔或正在途中的货船上，在那些容器被重新调配之前，初期的紧缺感会更强烈。该创始人表示，即使海峡明天重新开放，供应中断也至少会持续额外两个月。

主要供应商很可能会宣布不可抗力并提高价格，沿用过去20年里前四次短缺时的做法。

但这次短缺正值半导体行业超越磁共振成像扫描仪，成为氦气最大的消费领域。芯片制造商试图储备氦气，但这种气体以难以密封而著称。“氦气每月会泄漏约0.1%到1%，具体取决于密封垫的质量，”某半导体材料咨询公司的总裁兼首席执行官说。“从来不存在完美的密封垫或接头。它会随着时间慢慢泄漏。”

历史上，芯片制造商尽可能保持少量库存。但在经历了疫情期间的供应链冲击后，他们从仅保留数天库存转变为囤积。

如果战争持续，最先感受到影响的地区将是那些依赖卡塔尔的地方：日本、新加坡、韩国和某机构——全球最先进的芯片制造工厂所在地。

在芯片制造中，蚀刻工艺最依赖氦气——蚀刻是指选择性去除材料以赋予芯片特征。一颗先进的人工智能芯片可以封装数百亿个晶体管，需要极高的精度。“你需要成像、定义图案，然后蚀刻掉不需要的材料，”某咨询公司管理合伙人兼联合创始人说。“每个晶圆可能要进行数百次蚀刻。你必须非常精确地控制温度。我不能在一片晶圆上以100摄氏度蚀刻，然后在下一片上以150摄氏度蚀刻，因为蚀刻的轮廓会因温度而异。”为了保持稳定性，工厂会在晶圆背面吹氦气以带走热量。氦气卓越的热导率使其具有独特的效果。

工厂能否用更便宜的气体如氩气或氮气来替代？“如果有更便宜的替代品，他们早就用了，”该合伙人说。氦气能带来更高的吞吐量——每小时处理更多晶圆。在一个单个先进工厂造价可达数十亿美元的行业里，良率的经济性决定了材料选择。“氦气占一片加工晶圆成本的不到1%，”该合伙人说。“所以你不会因为氦气价格翻倍就关闭一家工厂。”

芯片工厂还严格控制进入设施的所有材料的质量。他们需要符合非常严格清洁标准的氦气，这意味着他们不能轻易更换供应商，否则需要数月重新认证。“一旦工艺建立并设置好，就很难改变，”该合伙人说。

一些制造领域已经开发出闭环回收系统——在氦气流过工艺设备后捕获并重复使用——但对于芯片制造，“这还没有被采用，”该合伙人说。历史上，工厂没有投资用于氦气回收的管道和机械系统，因为氦气一直被认为足够便宜，可以直接排放到大气中。

但该合伙人预计芯片制造商不会耗尽氦气——在短缺期间，供应商被允许优先保障关键应用，氦气将被重新分配。该咨询公司创始人对此表示赞同。“磁共振成像可能会得到所需的一切，因为它是医疗应用，而半导体芯片制造商通常也会获得相当高的配额，”他说。“然后，如你所料，派对气球得到的会更少，甚至可能一点也得不到。”FINISHED