第III部分 · 硬件与基础设施

命脉所在:算力、芯片与数据中心

第8章14 分钟阅读更新于:2026年9月

8.1为什么 AI 如此吞噬算力

8.2GPU、TPU 与专用芯片

它的统治地位并不只靠芯片硬件:还依托于 CUDA,即整个 AI 生态用来为其芯片编程的软件层,这是一道难以逾越的竞争“护城河”。在2026年1月的 CES 上,NVIDIA 详细介绍了新一代 Vera Rubin(接替 Blackwell 架构):每个 Rubin GPU 在 FP4 精度下可提供约 50 petaFLOP 的算力,搭载超高速内存 HBM4,并组装进集成 72 个 GPU 和 36 个 Vera 处理器的“NVL72”机柜。再下一代“Feynman”也已经公布。在2026年8月26日公布的财报(截至7月26日的季度)中,NVIDIA 表示 Vera Rubin 平台正进入全面量产,机柜已在多家云服务商处投入使用;其季度营收达到 962 亿美元,其中数据中心业务为 890 亿美元。

NVIDIA 的影响力已延伸到芯片之外:2026年9月宣布收购 Hugging Face(第9章)。

如何训练活体神经元? 这一过程与训练硅基 AI 毫无共同之处:既没有反向传播,也没有梯度下降(第2章)。神经元被培养在一张电极阵列上,这张阵列既是它们的感官,也是它们的肌肉,能够刺激它们并读取它们的活动。以 Pong 为例,球的位置被转换成电刺激;随后,根据神经元是否给出了正确的活动(球拍接住了球),向它们反馈的信号要么规则而可预测,要么是混乱的噪声。依据所谓的自由能原理(由神经科学家 Karl Friston 提出),神经元网络会设法把自身所感知内容的不可预测性降到最低:因此培养物会自发重组以逃离混乱,也就是把游戏玩得更好,并且在几分钟内就能做到。人们并没有编写任何程序:只是塑造一个环境,组织便自行适应。

于是有两点重大保留意见不得不提。首先是成熟度:这些系统非常缓慢,容量微乎其微,而且培养物只能存活几个月;多位一流神经科学家认为,以这种方式与硅竞争的想法为时过早,甚至注定失败。

令人眩晕的伦理难题。 第二点保留意见更为深刻(第23章)。一些人公开设想的远景是,有朝一日在构建 AI 时,用能耗低得多的真正的生物神经元,取代人工神经元(不过是矩阵中的一些数字)。但这一远景打开了一道深渊:随着这些培养物不断增大,它们会不会发展出某种形式的意识,甚至痛苦?今天没有人知道如何定义或测量这样一个系统的意识,而令人担忧的恰恰是这种模糊性(当“感知能力”(sentience)一词被用于 Pong 实验时,数十位研究者发表了反驳)。由此引出三个具体问题。首先是知情同意:这些神经元来自人类捐献者的细胞,而捐献者未必同意让它们变成一台会思考的计算机。其次是道德地位:如果这样的培养物能够感受到任何东西,我们是否有权利用它,又是否有权将它关停?切断一台服务器的电源无关紧要;而拔掉一块可能有感知的脑组织的电源,就不再如此。最后是监管框架:由于缺乏科学共识,一些研究者呼吁现在就设立防护措施,可借鉴动物研究伦理委员会的做法。在现阶段,生物计算与其说是芯片的可信替代方案,不如说是一个迷人而又令人不安的研究领域,值得我们以同等的审慎与好奇去关注。

8.3半导体价值链

图8.1. AI 芯片价值链。NVIDIA 设计 GPU 但并不制造(“fabless”即无晶圆厂模式):负责制造的是台湾的 TSMC,所用的机器只有荷兰的 ASML 能够生产。每一环都是必经之路,因而也是一处脆弱点。
  • ASML(荷兰)在极紫外(EUV)光刻机上拥有全球垄断地位,只有这种机器能够刻出最精细的电路。没有 ASML,就没有尖端芯片。
  • TSMC(台湾)制造了全球约 90% 的最先进芯片(3 纳米及更先进制程),并占据全球晶圆代工市场的三分之二。其产能在地理上集中于台湾,使之成为世界经济的一处要害。
  • NVIDIA(美国)设计 GPU,但自己并不制造(即所谓“fabless”模式):它把芯片制造交给 TSMC。

8.4超大型数据中心

在全球范围内,数据中心的专用电力容量据估算将在 2026年达到约 132 GW,预计仅这一年就将新增约 10 GW 的 AI 算力(相当于 1300 万至 1500 万个加速器)。

8.5芯片的地缘政治

2025年至2026年的一连串事件,展现了一盘跌宕起伏的棋局。2025年,上届政府留下的监管框架被废除(造成了一段管制松动期,据称有数十万枚芯片在此期间经由第三国转运),此后美国政府在 2026年5月底收紧了规则:今后凡向中国企业的海外子公司出售先进加速器(NVIDIA 的 Blackwell 和 Rubin 系列、AMD 的 MI350x),都必须取得许可证。与此同时,H200 芯片一波三折的风波(先获批准,随后时而被华盛顿叫停,时而被推动自给自足的北京叫停)促使 NVIDIA 把它在 TSMC 的产能重新分配给新一代 Vera Rubin。更近的2026年年中,美国的压力转向价值链更上游,指向 ASML 本身,华盛顿怀疑它让一台尖端设备流入了中国。


本章要点(第8章)

  • AI 首先是算力问题:模型在数万个 GPU 上训练,而推理(每一次请求)在长期账单中占据主导。
  • NVIDIA 凭借其芯片(2026年的 Vera Rubin 一代),尤其是其软件 CUDA 占据主导;Google(TPU)、AMD(Helios 机柜,2026年)和云巨头都在开发替代方案。
  • 价值链高度集中:ASML(EUV 光刻机,荷兰)、TSMC(制造,台湾,约 90% 的尖端芯片)、NVIDIA(设计,“fabless”模式)。
  • 超大型数据中心以吉瓦计(Stargate 10 GW、Colossus、Hyperion);四大云巨头2026年的投资预期约为 7350 亿至 7500 亿美元。
  • 一条前沿路线是把数据中心送入轨道(近乎连续的太阳能、辐射散热):首批演示验证出现在2025年(一块在轨的 H100 GPU、Google 的 Suncatcher 项目),但存在重大障碍(发射成本、散热、辐射)。
  • 一条更为激进的路线是生物计算(用活体神经元进行计算,即“wetware”),它从大脑的高效率(约 20 W)中获得启发,但仍然缓慢、规模极小,且伦理问题重重。
  • 以“扼制点战略”为基础的中美“芯片战争”,正把世界割裂为两大技术阵营。

面对这种对少数巨头及其庞大数据中心的依赖,一种替代方案正在兴起:用开放模型在自己手中运行 AI。这正是第9章的主题。