2029年，半导体行业“奇点”降临

文 | 半导体产业纵横

当笔者在读到好意思国发明家雷·库兹韦尔（Ray Kurzweil）的文章《后东说念主类》时，我意志到：“技艺呈指数级提高的东说念主工智能（AI）将在2045年惠及全东说念主类。”

当东说念主工智能（AI）越过东说念主类智商时，期间奇点就会到来。

我思：一个访佛于科幻电影《拆伙者》那样的寰球，军事盘算机“天网”将东说念主类视为敌东说念主并发动核交游的寰球可能行将到来。

库兹韦尔在经受记者采访时示意：“当我通知东说念主工智能超越东说念主类的预测时，包括自后得到诺贝尔奖的连系东说念主员在内，莫得东说念主承诺还需要 100 年……到 2029 年，东说念主工智能将领有比东说念主类更高的智商……当今连2029年的预测皆被以为是保守的。”

履行上，2024年诺贝尔物理学奖将颁发给两位发现并发明了AI基础“机器学习”的连系东说念主员；诺贝尔化学奖授予三位使用AI见效预测卵白质结构的科学家。也等于说，有五位东说念主工智能相干连系东说念主员入选2024年诺贝尔奖得到者。

在《后东说念主类》中，还需要100年的事情，在库兹韦尔预测后的19年就发生了。英伟达的GPU等芯片为AI的朝上作出了紧要孝顺。

在本文中，咱们会先来预测由于AI产生的半导体需求，2030年（奇点一经到来后）环球半导体市集将增长若干。之后，咱们以每个封装（芯片封装）的每秒浮点运算次数动作主义，不错发现摩尔定律在加快。

此外，摩尔定律加快发展的要素之一是晶体管的抓续变小，而ASML的EUV光刻机在抓续地作念出孝顺。终末，笔者会预测到2050年时候的环球半导体市集，并谈谈我的思法。

从某种趣味上来说，咱们一经达到了期间奇点。

2025年到2030年，环球半导体市集

图1 千般半导体出货量及半导体总量预测 来源：ASML

上图是2024年在ASML投资者日是展示的PPT，主题是“终局市集、晶圆需乞降光刻开销”。这张图展示了从2025年到2030年中，多样电子开发（举例智妙手机、个东说念主电脑、消费者、有线和无线基础程序、职业器、数据中心和存储、汽车和工业开发）的增长量，同期还有环球半导体行业的增长情况。从图中不错看出，半导体市集大约增长若干。

图1中，展示了两种类型的预测趋势：CMD 2022 和CMD 2024。CMD 2022是基于2022年对2025年至2030年半导体市集的预测；CMD 2024则是基于2024年对2025年至2030年半导体市集的预测。

这两种预测神志的诀别在于，有莫得反馈了生成式AI带来的环球兴奋、有莫得辩论2023—2024年的半导体败落。

2022年11月30日，Open AI发布了ChatGPT，因此基于CMD 2022的预测莫得辩论生成的AI的影响。由于半导体行业在 2023-2024 年进入周期败落，因此CMD 2022中莫得辩论该影响，仅在CMD 2024中反馈了周期败落的影响。

了解了以上情况，再仔细看图1 ，不错发现CMD 2022中除职业器、数据中心和存储以外的电子开发的半导体出货量，皆将比CMD 2024更大，不外增速皆是个位数，增幅不是很大。

三大领域，鼓动2025年后半导体市集发展

职业器、数据中心、存储皆将在2024年后鼓动半导体市集的发展。基于CMD 2024的多样电子开发半导体的预测如下。

智妙手机半导体的市集到 2025 年将达到 1,490 亿好意思元，展望将以每年 5% 的速率增长，到 2030 年将达到 1,920 亿好意思元。

PC半导体在2025年市集920亿好意思元，将以每年4%的速率增长，到2030年达到1120亿好意思元。

消费半导体的市集在2025年达到700亿好意思元，将以每年3%的速率增长，到2030年达到830亿好意思元。

用于有线和无线基础程序的半导体市集到 2025 年将达到 530 亿好意思元，将以每年 6% 的速率增长，到 2030 年将达到 700 亿好意思元。

汽车半导体2025年市集760亿好意思元，将以每年9%的速率增长，到2030年达到1140亿好意思元。汽车半导体的增长率位居第二，仅次于职业器和数据中心及存储半导体。

工业半导体2025年市集840亿好意思元，将以每年7%的速率增长，到2030年达到1200亿好意思元。

在预测中，唯独展望CMD 2024增长速率快于CMD 2022的半导体行业是职业器、数据中心和存储的半导体，其范围将从2025年的1560亿好意思元以每年18%的速率增长，到 2030 年达到 3610 亿好意思元。用于职业器、数据中心和存储的半导体在多样电子开发中增长率最高，2030年的预测值也最高。

据预测，到2025年，环球半导体市集将达到6790亿好意思元的范围，并将以每年9%的复合增长率抓续推广，展望至2030年，该市集价值将攀升至1.51万亿好意思元。

在环球半导体市集会，各细分领域的市集份额从高至低轮番为：职业器、数据中心及存储占比34%，智妙手机占18%，工业用途占11%，汽车领域占10%，个东说念主电脑约占10%，消费者领域占7%，有线和无线基础程序领域占6%。

基于上述分析，职业器、数据中心以及存储领域所使用的半导体将成为2025年至2030年期间环球半导体市集的主要推能源。由于AI半导体也包含在其中，不错得出论断：AI将成为半导体市集增长的主要驱能源。

接下来，探讨的问题是：驱动环球市集的AI半导体的技艺将怎样栽培？

两年翻一番的摩尔定律

迄今为止，摩尔定律时时被意会为每两年，单个芯片上集成的晶体管数目将翻一番。关联词，在改日，“单个芯片”的办法可能将失去其紧迫性，而“单个封装”的紧迫性将日益突显。因为将多样芯片集成到单个封装中并动作单个系统运行的“小芯片”（Chiplet）将成为主流。

图2 ASML新任CEO 在ASML投资者日上展示的PPT

淌若咱们将单个封装的晶体管数目动作图表的纵轴，则不错预测晶体管数目每两年增多一倍的“摩尔定律”将抓续下去（图2）。因此，到 2030 年，半导体的每个封装中将集成一万亿个晶体管。换句话说，摩尔定律仍然设立。

此外，淌若咱们在图表的纵轴上绘画“单个封装”的盘算速率，咱们不错看到带来“期间奇点”的新视角。

以盘算速率为纵轴的“新摩尔定律”

图3 2010年代，单个封装盘算速率2年内增长16倍（能耗2年内增长5倍） 来源：ASML

倘若咱们在垂直坐标轴上形色出单个封装下的盘算处理速率，便能不雅察到自21世纪10年代起，该速率资历了权贵的变革（参见图3上半部分）。由于东说念主工智能的需求，盘算速率每两年增多一倍，展望两年内将增多16倍。这等于新的摩尔定律。

另一方面，从纵轴看单个封装的能耗，两年内下落了60%，但由于东说念主工智能的需求，两年内将增多五倍（参见图3下半部分）。这是很危境的，单个封装的能耗增多让芯片产生了雄壮的热量。

动作搞定这一问题的对策，光通讯将变得至关紧迫。目下，数据中心内的职业器之间或容纳职业器的机架之间的通讯正在使用光而不是电。改日，需要通过光学一语气来一语气机架中的多样芯片。

诚然能源糜费存在很大问题，然则新摩尔定律带来的高性能盘算机是怎样出现的呢？

超等盘算机，每秒能实行200百亿次

图4 生成式AI鼓动摩尔定律，但资本飙升 来源：ASML

图 4是超等盘算机 Aurora，它由好意思国能源部 (DOE) 援救，由英特尔和惠普企业 (HPE) 开发。

Aurora 的开发资本为 5 亿好意思元，运行盘算速率为 2 exaFLOPS/s（每秒 200 百亿次盘算），但划定 2024 年 5 月，已达到 1.012 exaFLOPS。这款 Aurora 共有 85K 个 CPU 和 GPU、230PB（PB）内存和 230PB 存储。简而言之，Aurora 就像是一个终点先进的芯片。

以Aurora为代表的超等盘算机正在创造新的摩尔定律，即“2年内盘算速率提高16倍。”（但背后的问题是开发资本太高，而且糜费大批能源）

这种超等盘算机集成了大批的先进的逻辑芯片、DRAM、SSD以偏激他半导体组件。ASML的High NA EUV光刻机不错用来坐褥这类顶端半导体家具。

接下来，咱们一齐望望EUV 光刻机怎样将芯片制程进一步减轻的？

先进逻辑芯片阶梯图

图5 到2039年的先进逻辑阶梯图 来源：ASML

图5展示了到2039年的逻辑芯片阶梯图。划定2024年，台积电大约量产的最顶尖的节点是“N3”，晶体管为FinFET，高超互连间距为23 nm，接管NA为0.33的EUV光刻机（Low NA）。

在期间奇点到来的2029年，芯片工艺制程的期间节点是“A10”，晶体管将是第3代Nanosheet（Gate All around / GAA），高超互连间距将是18 nm，接管NA 为 0.55的EUV光刻机（High NA）。何况晶体管后头供电的后头供电蚁集（BSPDN），有但愿大约干涉履行使用。

图6 从Low NA到High NA 来源：ASML

图6展示了什么时候开首使用Low NA EUV光刻机和High NA EUV光刻机。Low NA EUV光刻机是在2020年开首在N5节点上认真使用，台积电的“N7+”初度尝试，此外，Low NA双图案期间是在N5至N3工艺节点中得到行使。

依据ASML的预测，2027年将开首接管High NA期间于A14节点，而A10节点操纵将开首接管High NA双图案化期间。

那么，先进的逻辑芯片和DRAM中，EUV 履行会行使到若干种掩模上呢？

EUV的使用量有若干？

图7 2030年先进逻辑和DRAM将使用若干层EUV和High NA？ 来源：ASML

图7流露了从 2025 年到 2030 年，先进逻辑和DRAM将使用若干层EUV。

一开首，用于先进逻辑的EUV层展望到2025年将达到19至21层，然后以每年10%至20%的速率增长，并在2030年增多至25至30层。其中，ASML以为High NA将会是4到6层（图7左图）。

之后，将购买先进DRAM的EUV层数展望将在2025年达到5层，以每年15%～25%的速率增长，并在2030年达到7-10层。其中，ASML预测High NA将为2至3层（图7右图）。

对于EUV的总层数，我思“这等于它的履行吗？”笔者对于High NA的层数感到有点奇怪，尤其是对于先进DRAM，笔者怀疑 High NA可能不会被使用。因为DRAM应该会在2030年操纵成为三维形状（访佛NAND），淌若3D DRAM量产的话，我以为不仅仅High

NA，甚而Low NA也不需要这样多层。

话虽如斯，咱们照旧来望望EUV的期间发达。

High NA和Low NA的阶梯图

图8 Low NA (0.33NA) 和High NA (0.55NA) EUV阶梯图 来源：ASML

2024年，ASML发布了Low NA的最新式号NXE：3800E。NXE:3800E 的隐隐量当今为 220 片/小时，比之前型号 NXE:3600D 的 160 片/小时有了较着立异。此外，下一代型号NXE：4000F的标的是250片/小时，NXE：4200G的标的是280片/小时或更多。

EUV隐隐量主义发生了变化。曩昔，隐隐量以每天的曝光次数（晶圆/天）来示意，但从当今开首，使用每小时的曝光次数（晶圆/小时）。履行上，这个主义更容易意会。

再来看High NA，ASML的标的是2025 年杀青量产EXE:5200B。这是继EXE:5000之后的下一代High NA EUV光刻机。展望隐隐量将从 EXE:5000 的 110 片/小时增多到 175 片/小时。

此外，盘算于 2027 年推出隐隐量越过 185 片/小时的 EXE:5200C，并于 2029 年推出隐隐量越过 195 片/小时的 EXE:5400D。2032 年，NA 为 0.75 的 Hyper NA 也行将出现。这样，EUV就从0.33NA（低NA）、0.55NA（高NA）和0.75NA（超NA）继续发展。

ASML正在全力开发。

通用EUV模块化和隐隐量栽培

图9 低 NA (0.33) 到高 NA (0.55) 到超 NA (0.75) 来源：ASML

如图9所示，光源、标线台、晶圆台等是Low NA、High NA和Hyper NA的通用模块，而各代专用模块仅针对我制作的镜头等光学系统开发。

在2024年推出的低NA NXE:3800E中，ASML玄机地引入了一项关节期间。该期间的中枢在于，ASML为极紫外光（EUV）光源假想了一个通用模块，旨在杀青从低数值孔径（NA）到高数值孔径乃至超高数值孔径（超NA）的抓续期间演进。

通过这种神志，NXE:3800E 的开发和发货标的是在改日 15 年或更万古辰内使用通用模块。这是ASML终点典型的政策。

图 10 隐隐量抓续提高 来源：ASML

改日隐隐量将抓续栽培。对于低数值孔径（NA）的开发，ASML盘算将NXE:3800E的产能栽培至每小时越过200片晶圆，标的是在2030年之前达到每小时300片晶圆。此外，对于高数值孔径（NA）开发，标的是到2030年将产能从第一代EXE:5000的每小时110片晶圆栽培至越过200片晶圆。

改日环球半导体市集预测

从前文不错看到，晶体管还会在改日的15年时辰内继续微缩下去，而这种不休的微型化将很可能导致新摩尔定律的杀青，其中每个封装的盘算速率在两年内提高16倍。

图11 自1990年以来，环球半导体市集大致每10年翻一番 来源：凭据WSTS数据和作家预测创建

在这里，咱们再次对环球半导体市集的改日作念出预测。此前，笔者曾写过，环球半导体市集将在10年内大致翻一番。

2022 年至 2024 年间，环球半导体市集范围约为6000亿好意思元，十年后到2032年将翻一番，达到 1.2 万亿好意思元。十年后，即2042年，这一数字将翻一番，达到 2.4 万亿好意思元，再过十年，即2052年，这一数字将翻倍，达到4.8万亿好意思元（图 12）。

图12 淌若10年内翻一番，2052年将达到4.8万亿好意思元 来源：凭据WSTS数据和作家预测创建

奇点一经到来了吗？

在作念出这些半导体市集预测时，笔者假定奇点将出当今 2045 年，即20多年后的远方改日。不外，正如起原先容的那样，库兹韦尔先生示意，奇点将在2029年到来，比原盘算提前了16年。

写到这里，笔者脑海中略过了一个思法：奇点不是一经在这里了吗？

第一个迹象是，如图3所示，单个封装的盘算速率从 2010 年代的“两年内翻倍”速即提高到 2020 年代的“两年内翻了 16 倍”。第二个迹象是生成式AI的功能不休增多和无为使用，举例 ChatGPT。

我此前以为奇点是电影《拆伙者》中出现的军用盘算机“天网”具有自我意志，“机器将东说念主类视为敌东说念主并在微秒内发动核舛错”的情况。

关联词，履行的奇点并不是这样的。ChatGPT会遍布全寰球，好多东说念主皆会使用和依赖这种生成式AI，这不是浸透到大脑中的东西吗？淌若这样思的话，是不是不错说奇点一经到来了呢？

在撰写这篇手稿时，笔者使用了生成式AI。至少对我来说，奇点可能行将到来。

亲爱的读者们，您怎样看？