数据中心，被氦气“拿捏”

作为聚焦氦气断供影响半导体行业的系列文章第二篇，本文承接首篇《氦气告急，直击 AI 热潮》的核心议题，深入探讨这场供应链危机的深层传导逻辑。

随着氦气采购陷入停滞，人工智能热潮是否也将随之降温？

氦气（He）供应中断会导致晶圆温度控制失效，进而对高深宽比（HAR）刻蚀的线宽（CD）可控性、全环绕栅极（GAA）纳米片形成过程中选择性比的面内均匀性，以及存储单元的电学性能产生致命影响。更关键的是，这不仅会导致产品良率下降，还可能使成品无法达到既定规格要求。

换句话说，即便半导体芯片能够制造完成，其性能也无法得到保障。这种情况相当于供应链中的“硬性供应中断”，而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中的结构性脆弱性

当前，人工智能半导体供应链高度集中于少数几个生产基地，其脆弱性在氦气断供背景下被进一步放大。

（1）GPU/AI ASIC：高度依赖台积电工艺

英伟达（NVIDIA）的Hopper系列（H100、H200）、Blackwell系列（B200、GB200）、下一代Rubin架构，以及博通（Broadcom）的TPU定制ASIC、超威半导体（AMD）的MI300系列，均采用台积电的先进制程（N5/N4/N3）制造。

这些制程均涉及鳍式场效应晶体管（FinFET）结构，且在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）中，都需要通过氦气背面冷却实现高精度温度控制。此外，从N2制程开始引入的GAA结构中，纳米片的形成需依赖高选择性等离子体刻蚀，这进一步提升了对氦气的依赖程度。

氦气短缺会破坏±0.5°C的温度均匀性要求，线宽（CD）偏差扩大将直接导致漏电流增加、频率分档性能恶化，甚至造成GPU芯片出现缺陷——这类GPU芯片通常集成1000亿至2000亿甚至更多晶体管。若台积电N3制程良率下降10至20个百分点，每片晶圆上的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SK海力士/三星/美光三大厂商

影响人工智能GPU和ASIC性能的另一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，其产品被应用于英伟达B200芯片组，三星和美光则紧随其后，共同占据全球HBM市场的绝大部分份额。

韩国内存制造商65%的氦气供应依赖卡塔尔，而截至2026年4月，卡塔尔的氦气库存已出现明显下滑。HBM的制造工艺比普通DDR DRAM更为复杂，需大量采用高深宽比蚀刻技术，其中就包括硅通孔（TSV）的制作。因此，氦气短缺对HBM产能的影响，将远大于对普通DDR DRAM的影响。

若SK海力士的HBM供应中断，即便台积电能够正常生产GPU和AI ASIC芯片，也无法将其封装至台积电所采用的芯片级晶圆封装（CoWoS）中。人工智能半导体的产能，取决于两大核心组件的供应能力：一是GPU和AI ASIC单芯片的产出，二是HBM的供应规模。由于两者均受氦气短缺的直接影响，这意味着供应链瓶颈呈现双重叠加态势。

3D NAND：影响AI学习数据基础设施

生成式人工智能不仅在推理阶段需要大容量存储支持，在模型训练阶段同样对存储容量有极高需求。目前，3D NAND闪存已实现超过200个垂直存储单元的堆叠结构，部分产品已接近300层。其存储孔的制作堪称高深宽比（HAR）蚀刻技术的巅峰之作，纵横比超过100:1。

此外，三星、SK海力士集团（Solidigm）、铠侠和美光科技等主流3D NAND制造商，均采用了类似的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的成本，导致固态硬盘（SSD）价格飙升，进而制约训练数据规模的扩大，间接影响人工智能模型的迭代速度。

超大规模数据中心的投资体系正在崩溃

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，其中美国前四大超大规模数据中心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

这些资本投资均基于一个核心假设：半导体产品能够按计划交付。若GPU、AI ASIC、CPU、HBM、DDR DRAM或SSD中的任何一种产品供应受到严重限制，数据中心建设进度将被迫延误，其投资回收计划也将受到根本性冲击。

更值得警惕的是，此次半导体短缺并非源于“暂时性供需缺口”，而是由“制造工艺的物理限制”所致。这一问题无法通过调整需求侧（如改变订单数量、替换替代产品）解决，唯有在氦气供应恢复正常，或不依赖氦气的温度控制技术实现实用化后，才能从根本上破解。

重新定义瓶颈——“制造业”先于“电力”停止

迄今为止，行业分析师和媒体反复探讨三大因素，将其视为人工智能基础设施扩展的核心制约因素：

• CoWoS封装产能：台积电先进封装技术（CoWoS-S/CoWoS-L）的产能，已成为GPU和AI ASIC供应的主要瓶颈；
• HBM供应：SK海力士的HBM产能，是限制英伟达GPU和AI ASIC出货量的关键因素；
• 电力供应：自2024年下半年以来，人工智能数据中心的电力消耗激增，而电力基础设施建设进度滞后的论调广泛传播。

上述观点均成立，这些制约因素依然客观存在。然而，本文通过分析论证发现，在供应链更上游的环节，存在一个比上述瓶颈更为根本的限制因素——氦气供应。

在讨论台积电CoWoS封装产能之前，必须首先确保封装所需的GPU、AI ASIC芯片和HBM芯片均已按规格制造完成；同样，在讨论数据中心电力消耗之前，必须确保为AI服务器提供核心支撑的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全部失效。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，也不是人工智能需求下滑，而是因氦气供应中断导致半导体无法正常生产。

影响扩散到四个阶段

第一阶段：工业气体供应商

正如AirGas公司所宣布的那样，氦气供应商将优先供应医疗和国防领域，大幅减少对包括半导体制造在内的工业领域的供应。霍尔木兹海峡的封锁将导致约200个低温ISO集装箱（相当于全球每月液氦供应量的相当一部分）滞留，这将导致美国国内的氦气产量（占全球市场份额的43%）无法满足需求。

第二阶段：半导体制造商

受氦气供应限制影响，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，无法履行与客户签订的晶圆及芯片供应合同。尤其值得注意的是，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，将首当其冲受到氦气短缺的冲击。

高度依赖卡塔尔氦气供应的韩国内存制造商（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月跟进宣布停供；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止供应，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）及移动设备制造商签订的供货合同。台积电的CoWoS封装工艺，需同时具备先进逻辑芯片和HBM才能完成——这意味着其中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

无法采购到人工智能服务器，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——这四家企业每年的采购总额超过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的用户）签订的服务级别协议（SLA），进而影响其市场信誉和业务发展。

现阶段，整个人工智能行业的增长前景已受到根本性动摇。仅上述四家企业的市值总和就超过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成为现实，市场对行业增长的预期将大幅下降，进而面临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，该公司目标在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的温度控制精度必须严格控制在±0.5°C以内。然而，若氦气供应中断，晶圆表面温度的均匀性偏差将扩大至±2°C以上，导致产品良率完全无法保证，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，目前已出现温度均匀性恶化的问题，引发市场对信噪比（SNR）下降的担忧。此外，若台积电熊本2号工厂（3nm制程）在2027年如期投产，其先进制程对氦气的依赖性将进一步增加，氦气短缺带来的风险将持续放大。另外，美光广岛工厂也将直接受到影响，其用于第一代β/1γ DRAM生产的高深宽比（HAR）刻蚀工艺，对氦气具有极高依赖性。

此外，对于汽车应用领域的半导体而言，因温度控制恶化导致的电气特性变化，可能使其无法满足AEC-Q100（集成电路）和AEC-Q101（分立元件）的可靠性标准，进而无法获得出货认证，影响汽车半导体的供应稳定。

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，氦气的破坏性影响不仅覆盖干法刻蚀设备，还波及极紫外光刻（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个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，进而导致美国前四大超大规模数据中心运营商2025年总额超过3000亿美元（约45万亿日元）的人工智能基础设施投资计划，实际上无法落地执行。

目前，尚无任何导热介质能够替代氦气。现有氦气回收系统的回收率虽据称可达80%-95%，但该系统仅能减少氦气消耗，无法增加氦气总供应量，且无法应用于干法刻蚀设备。

此外，若氦气初始供应无法得到保障，整个回收系统将陷入无法运转的困境。因此，这场危机纯粹由资源短缺引发，不存在任何技术层面的变通解决方案，与半导体行业以往经历的任何供应链危机都有着本质区别。