美国芯片企业押注研发：AI热潮加速技术迭代周期
10月12日，应用材料公司在硅谷核心地带的加利福尼亚州桑尼维尔揭幕了一座耗资数十亿美元的研究设施。该公司曾于2023年首次宣布计划投资40亿美元建设其设备与工艺创新商业化中心（EPIC中心），如今表示投资规模将进一步扩大，达到约50亿美元。这一增资举措，是美国半导体研发领域私人投资整体增长的一部分，这种增长既扩大了该领域规模，也使其变得更加复杂。
EPIC项目的宣布，紧随8月另外两家半导体企业的动作之后。存储芯片制造商美光宣布将在未来十年内，向其位于爱达荷州博伊西的存储研究实验室投资100亿美元；SK海力士则表示将投资40亿美元，在印第安纳州西拉斐特建设一座先进封装设施。（这两家公司均未回应有关这些资金中有多少将用于研发的提问。）
美国联邦政府此前已鼓励台积电、三星等总部位于友好国家的芯片巨头加大对美国半导体研究的投资。政府还对外国元器件征收关税，并向英特尔等经营困难的本土芯片公司注入部分资金。但据一些分析人士和企业高管表示，当前这波私人投资热潮背后的真正动机，是企业预期能从当前的AI热潮中获得巨额利润。塔夫茨大学学者、《芯片战争》一书作者克里斯·米勒表示："最好的解释或许与政策或政治无关，而更多是源于AI需求驱动的营收大幅增长。"
AI资金与工具加速芯片制造
应用材料公司首席战略官特里斯坦·霍尔坦姆对此表示认同，他说："这确实完全是关于AI。"该公司估计，受AI需求拉动，排名前十的半导体公司自2021年以来营收增长了约150%，这些公司也相应将研发投入提高了67%。霍尔坦姆补充说，这些头部半导体公司今年在研发上的总投入达670亿美元，远超联邦政府的资金投入。联邦资金大部分来自2022年通过的《芯片与科学法案》，该法案在数年间为研发拨款110亿美元。
AI芯片的旺盛需求为更多芯片研发提供了资金和动力，与此同时，作为研究工具的AI本身也正在帮助从事研发的人员提升效率。总部位于马萨诸塞州比尔里卡的半导体材料科学公司英特格里斯，正将AI应用于早期研究与设计环节，该公司首席创新官奥利维尔·布拉希耶表示。在该公司，研究人员会先设定下一代产品的性能目标，然后让AI工具据此推荐可能匹配的新材料。他说："如果你是一名AI工程师、化学家或材料科学家，你可以将科学认知与AI驱动的建模和仿真相结合，从目标性能需求出发进行逆向推导。"该公司还在试点使用AI对潜在新材料进行初步筛选，这与制药行业在合成和评估新分子之前所做的工作类似。
在应用材料公司，霍尔坦姆透露，公司正在利用AI技术加速新材料发现、设备生成式设计以及算法和软件开发。他表示："对于EPIC（应用材料公司这座专注于设备和工艺的新实验室）来说，这个时机堪称完美。"
重塑而非仅是扩大芯片研发规模
物理空间上的邻近性正成为芯片制造商的一项关键优势，这也在重塑整个行业在地理布局和设施投资方面的决策。例如，日本半导体封装公司瑞萨电子今年4月在美国开设了其首个研发设施。米勒表示："这些公司有非常充分的理由希望靠近自己的客户，以及客户的客户，这样才能为未来五到十年做出正确的投资决策。"
芯片制造原型设备的运作知识，不像软件那样容易在供应链上下游之间流动。霍尔坦姆说："过去的传统做法是，为了让全新技术交到我们的客户——也就是芯片制造商手中，我们需要将一台原型设备从实验室运送到他们的中试产线上。这是一种让人提心吊胆的状况。"
他补充道："这一直是个巨大的争议点，即我们愿意允许原型设备在何种成熟度下被运出我们的大楼，而芯片公司又在拼命地催促尽早拿到设备。"应用材料公司分析了自身15年的内部研发数据，以寻找那些可能从减少此类令人揪心的设备运输、转而采用更多并肩协作的实验室工作模式中受益的环节。随后，公司对这种"客户入驻实验室"的模式进行了试点，霍尔坦姆认为取得的结果"非常非常令人鼓舞"。
这促使应用材料公司邀请顶级客户入驻新建的EPIC实验室。迄今为止，台积电、三星、美光、博通等公司均已答应入驻。即便是相互竞争的客户，也会在EPIC的屋檐下获得各自独立的设施空间，并配备数字防火墙、物理隔断等多重安全保障措施。霍尔坦姆说："我们正在消除交接环节"，这样也便于公司自己的研究人员提前向客户展示即将推出的新成果。
应用材料公司表示，其EPIC中心的目标是将从早期发现到芯片商业化所需的时间缩短数年——这一过程通常需要10到15年。
美国商务部此前曾为《芯片与科学法案》下的大型半导体研发设施设定过类似目标，但这些项目目前已进度滞后或被无限期搁置。这些设施本可能帮助初创企业，在这个出了名高度集中的行业中，获得与芯片巨头竞争的机会。事实上，EPIC目前宣布的合作伙伴仍是其他行业巨头，这意味着初创企业可能要排在队伍末尾。布拉希耶表示，目前总体而言，"中小企业必须与大企业合作，才能为这些巨头提供支持"。
该行业寻求加速发展的另一条途径，是与大学建立更紧密的联系。由于大学与联邦政府长期保持着研究资金合作关系，大学也因此成为连接美国国家半导体研究战略的一座桥梁。
布拉希耶在谈到欧盟和部分亚洲国家的国家级芯片战略时表示："拥有更长远的发展规划和持续的投资支持，是有其益处的。"这些战略已经催生了诸如imec这样成功的竞争前研究机构。他说，美国如果能有更多类似的机构，"肯定会很有帮助，也往往有利于整个产业生态的发展。"
Q&A
Q1：应用材料公司的EPIC中心投资规模是多少？
A：应用材料公司最初在2023年宣布计划投资40亿美元建设EPIC中心，如今已将投资规模提高到约50亿美元，该中心已于2026年10月12日正式揭幕。
Q2：为什么芯片企业最近纷纷加大研发投入？
A：主要原因是AI需求推动相关企业营收大幅增长。据统计，排名前十的半导体公司营收自2021年以来因AI需求增长了约150%，这促使它们将研发投入相应提高了67%，今年总计投入达670亿美元。
Q3：EPIC中心有哪些企业客户入驻？
A：目前台积电、三星、美光、博通等多家芯片行业头部企业，均已确认将入驻应用材料公司的EPIC实验室，即便是相互竞争的客户，也会获得各自独立的设施空间并配备安全防护措施。
