硅奇點(diǎn):半導(dǎo)體物理學(xué)將如何捕捉人形革命

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#硅奇點(diǎn) #半導(dǎo)體物理學(xué) #人形機(jī)器人革命

圖片通過(guò)AI生成

3050億美元市場(chǎng)轉(zhuǎn)型的戰(zhàn)略情報(bào)評(píng)估

一、反轉(zhuǎn)論文

由于半導(dǎo)體本身取代了真空管,全球科技行業(yè)正處于最重大的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型的門檻。利（Morgan Stanley）2025年12月的研究報(bào)告預(yù)計(jì),到2045年,專門為人形機(jī)器人服務(wù)的半導(dǎo)體市場(chǎng)將達(dá)到每年3050億美元。這個(gè)數(shù)字不是一個(gè)投機(jī)幻想。它是已經(jīng)開(kāi)始的物理和經(jīng)濟(jì)倒置的邏輯終點(diǎn)。

要了解其規(guī)模:3050 億美元相當(dāng)于 2024 年整個(gè)全球半導(dǎo)體市場(chǎng)的 49%。 行走—的單個(gè)應(yīng)用程序垂直—機(jī)器人很快就會(huì)以與當(dāng)今地球上每部智能手機(jī)、個(gè)人計(jì)算機(jī)、服務(wù)器和汽車的總需求相媲美的速率消耗硅。

然而真正的見(jiàn)解并不是數(shù)字的規(guī)模。是產(chǎn)生它的機(jī)制。人形機(jī)器人行業(yè)正在經(jīng)歷工業(yè)史上前所未有的成本結(jié)構(gòu)倒置。機(jī)械部件—執(zhí)行器、變速箱、結(jié)構(gòu)框架—正在經(jīng)歷通貨緊縮崩潰。計(jì)算組件—處理器、傳感器、內(nèi)存—正在經(jīng)歷膨脹膨脹。這種分歧并不是偶然的。它是確定性的。它將在未來(lái)四分之一世紀(jì)重塑全球經(jīng)濟(jì)的資本配置。

我是斜杠青年，一個(gè)PE背景的雜食性學(xué)者！?致力于剖析如何解決我們這個(gè)時(shí)代的重大問(wèn)題！?使用數(shù)據(jù)和研究來(lái)解決真正有所作為的因素！

二、物理智能的架構(gòu)

這種轉(zhuǎn)變的催化劑是摩根士丹利分析師 Shawn Kim 所描述的 “物理智能”—發(fā)展,他將 “描述為人類歷史上的重要篇章。” 這不是營(yíng)銷語(yǔ)言。這是一種精確的技術(shù)區(qū)別,具有深遠(yuǎn)的經(jīng)濟(jì)后果。

2022 年至 2024 年間捕捉公眾想象力的人工智能系統(tǒng)—以 ChatGPT— 為例的大型語(yǔ)言模型僅在符號(hào)領(lǐng)域運(yùn)行。他們處理文本。他們生成了文本。它們完全存在于語(yǔ)言和數(shù)學(xué)的抽象空間中。它們的計(jì)算要求雖然很大,但受到人類通信相對(duì)狹窄的帶寬的限制。

物理智能在一個(gè)完全不同的領(lǐng)域運(yùn)作。人形機(jī)器人必須實(shí)時(shí)處理 TB 的視覺(jué)數(shù)據(jù)。它必須將數(shù)十個(gè)攝像機(jī)、力傳感器、加速度計(jì)和本體感受編碼器的輸入融合到其物理環(huán)境的連貫?zāi)Ｐ椭小Ｈ缓?它必須翻譯高層的意圖—“拿起杯子,” “走到門口”—成精確的電信號(hào)控制四十或更多的機(jī)械自由度。它必須在幾毫秒內(nèi)完成這一切,受到電池功率的限制,受到散熱的限制,以及無(wú)情的重力物理的限制。

這就是愿景-語(yǔ)言-行動(dòng)范式。與可以容忍延遲的基于云的語(yǔ)言模型不同,失去平衡的機(jī)器人不能等待來(lái)自遠(yuǎn)程服務(wù)器的響應(yīng)。計(jì)算必須在邊緣、機(jī)器人本身上實(shí)時(shí)進(jìn)行。這種架構(gòu)要求對(duì)復(fù)雜的硅產(chǎn)生了不可減少的需求,再多的軟件優(yōu)化也無(wú)法消除這種需求。

三、通貨緊縮力學(xué)

人形機(jī)器人的機(jī)械部件受到制造規(guī)模的經(jīng)典動(dòng)態(tài)的影響。構(gòu) “機(jī)身” 的諧波驅(qū)動(dòng)器、行星齒輪箱、無(wú)框扭矩電機(jī)和精密滾輪螺釘,歷史上都是為航空航天和醫(yī)療應(yīng)用而小批量制造的。低產(chǎn)量意味著高價(jià)格。一個(gè)諧波驅(qū)動(dòng)減速器可能花費(fèi)數(shù)千美元。

這種定價(jià)結(jié)構(gòu)正在崩潰。中國(guó)制造商—Sanhua、Tuopu、LeaderDrive—已將這些零部件的生產(chǎn)工業(yè)化。他們正在應(yīng)用相同的制造技術(shù),將智能手機(jī)組件的成本降低到機(jī)器人技術(shù)的精密力學(xué)中。

軌跡在數(shù)據(jù)中可見(jiàn)。利（Morgan Stanley）估計(jì),高規(guī)格人形機(jī)器人的總制造成本今天約為131,000至200,000美元。到 2045 年,這一成本預(yù)計(jì)將降至約 23,000 美元。在利用完全本地化的中國(guó)供應(yīng)鏈的配置中,到 2050 年成本可能達(dá)到 15,000 美元。

這意味著二十年內(nèi)通貨緊縮率為 80% 至 90%。 機(jī)械機(jī)器人正在成為一種商品。

四、通貨膨脹硅

半導(dǎo)體含量恰好遵循相反的軌跡。Morgan Stanley預(yù)計(jì),芯片目前僅占人形機(jī)器人材料清單的4%至6%。 到 2045 年,這一比例將上升至 24%。

算術(shù)很有啟發(fā)性。一個(gè)價(jià)值 23,000 美元、半導(dǎo)體含量為 24% 的機(jī)器人意味著每臺(tái)硅含量約為 5,500 美元。利（Morgan Stanley）的模型假設(shè)到2050年安裝量接近10億臺(tái),更換周期意味著年銷量在數(shù)千萬(wàn)。乘法得出 3050 億美元的數(shù)字。

但百分比變化低估了絕對(duì)增長(zhǎng)。該報(bào)告指出,材料清單中的半導(dǎo)體成本將在 2025 年至 2030 年間上漲 15%,然后在 2030 年至 2045 年間再上漲 40%。 這不僅僅是在機(jī)械成本下降時(shí)保持穩(wěn)定。這是主動(dòng)擴(kuò)展。

驅(qū)動(dòng)因素是技術(shù)必要性,而不是市場(chǎng)動(dòng)態(tài)。物理智能需要三類硅,它們從根本上比典型消費(fèi)設(shè)備中的芯片更復(fù)雜。

第一類是人工智能處理器—機(jī)器人的大腦。NVIDIA 的 Jetson Thor 平臺(tái)專為人形應(yīng)用而設(shè)計(jì),代表了當(dāng)前的技術(shù)水平。這些片上系統(tǒng)集成了 CPU 內(nèi)核、GPU 內(nèi)核和專門的神經(jīng)處理單元,針對(duì)視覺(jué)語(yǔ)言動(dòng)作模型的推理工作負(fù)載進(jìn)行了優(yōu)化。它們必須在電池供電設(shè)備的電源范圍內(nèi)提供數(shù)據(jù)中心級(jí)性能。

第二類是視覺(jué)處理。人形機(jī)器人需要八到十二個(gè)高分辨率相機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn) 360 度的空間感知、深度感知和手眼協(xié)調(diào)。這些不是智能手機(jī)相機(jī)。機(jī)器人視覺(jué)需要全局快門傳感器—比消費(fèi)電子產(chǎn)品中的卷簾快門設(shè)備貴得多—以捕獲快速運(yùn)動(dòng)而不失真。索尼在這個(gè)市場(chǎng)上占據(jù)主導(dǎo)地位,每個(gè)機(jī)器人的價(jià)值是巨大的。

第三類是模擬神經(jīng)系統(tǒng)。一個(gè)具有四十個(gè)自由度的機(jī)器人需要數(shù)十個(gè)微控制器來(lái)管理電機(jī)電流、力矩傳感和功率分配。意法半導(dǎo)體、德州儀器和英飛凌提供這些組件。它們的單價(jià)低于人工智能大腦,但總體上是不可或缺的。無(wú)法精確控制流向執(zhí)行器的電流的機(jī)器人無(wú)法在不壓碎雞蛋的情況下?lián)炱痣u蛋。

五、地緣政治斷裂

成本結(jié)構(gòu)倒置造成了具有戰(zhàn)略意義的地緣政治斷裂。人形產(chǎn)業(yè)正在分化為“中國(guó)身體”和“美國(guó)大腦。”

摩根士丹利的數(shù)據(jù)很明確。56%的人形相關(guān)公司在其跟蹤領(lǐng)域中都位于東大。百分之四十五的系統(tǒng)集成商—實(shí)際上組裝完整機(jī)器人的公司—是東大人。東大的零部件成本約為其他地區(qū)同等成本的三分之一。東大供應(yīng)鏈控制著高性能執(zhí)行器所必需的稀土磁體。可行的替代方案很少。

美國(guó)在其中一個(gè)領(lǐng)域保持著壓倒性的主導(dǎo)地位:構(gòu)成機(jī)器人智能的硅和軟件。NVIDIA、AMD、高通、谷歌、微軟和 OpenAI 控制著物理智能的基礎(chǔ)技術(shù)。Vision-Language-Action 模型、機(jī)器人訓(xùn)練的模擬環(huán)境、高性能推理芯片—這些仍然是美國(guó)的。

這創(chuàng)造了所謂的物理智能陷阱。美國(guó)公司可能會(huì)開(kāi)發(fā)出歷史上最復(fù)雜的機(jī)器人大腦,但商業(yè)可行性可能需要將這些大腦體現(xiàn)在東大硬件中。20萬(wàn)美元的機(jī)器人與美國(guó)機(jī)械部件無(wú)法與使用東大執(zhí)行器的2.3萬(wàn)美元的機(jī)器人競(jìng)爭(zhēng),無(wú)論其人工智能的復(fù)雜程度如何。

戰(zhàn)略影響是相當(dāng)大的。對(duì)東大先進(jìn)人工智能芯片的出口管制可能會(huì)分化全球機(jī)器人市場(chǎng),從而創(chuàng)建不同的能力層。相反,影響東大磁鐵或精密部件的供應(yīng)鏈中斷可能會(huì)阻礙美國(guó)機(jī)器人制造商。相互依存是結(jié)構(gòu)性的,而不是偶然的。

六、采用機(jī)制

2050年摩根士丹利5萬(wàn)億美元的市場(chǎng)預(yù)測(cè),全球安裝了10億臺(tái),需要人形機(jī)器人從工業(yè)資本貨物過(guò)渡到消費(fèi)公用事業(yè)。這是半導(dǎo)體預(yù)測(cè)背后的關(guān)鍵假設(shè)。

該報(bào)告預(yù)計(jì)到 2035 年采用速度將緩慢,隨后到 2030 年代末將顯著加速。這條 S 曲線反映了從汽車到智能手機(jī)的變革性技術(shù)的軌跡。早期迭代服務(wù)于利基專業(yè)市場(chǎng)。降低成本、提高能力和基礎(chǔ)設(shè)施開(kāi)發(fā)的融合引發(fā)了大規(guī)模采用。

需求方的案例取決于人口統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。2030年,美國(guó)每100名工作年齡的成年人就有25名老年家屬。日本將有50個(gè)。勞動(dòng)力短缺不是周期性波動(dòng)。它們是幾十年前低于更替水平的生育率的結(jié)構(gòu)性后果。

摩根士丹利估計(jì),美國(guó) 75% 的職業(yè)和 40% 的員工表現(xiàn)出一定程度的“人形”—特征,使任務(wù)適合機(jī)器人增強(qiáng)或替換。潛在的勞動(dòng)力替代是量化的:到 2040 年,相當(dāng)于 3570 億美元的工資,部署了 800 萬(wàn)臺(tái),到 2050 年,規(guī)模擴(kuò)大到 3 萬(wàn)億美元,部署了 6300 萬(wàn)臺(tái)。

具體來(lái)說(shuō):3 萬(wàn)億美元大約是英國(guó)的 GDP。人形機(jī)器人的大規(guī)模部署對(duì)勞動(dòng)力成本造成了通貨緊縮沖擊,相當(dāng)于東大融入全球制造業(yè)供應(yīng)鏈。

七、風(fēng)險(xiǎn)架構(gòu)

3050億美元的半導(dǎo)體投影并不確定。它的條件是解決仍然巨大的技術(shù)、監(jiān)管和地緣政治不確定性。

電池密度是當(dāng)前人形系統(tǒng)的約束約束。現(xiàn)有機(jī)器人運(yùn)行一到兩個(gè)小時(shí)才需要充電。可行的家用或工廠機(jī)器人必須輪班八小時(shí)。這需要儲(chǔ)能化學(xué)的突破或計(jì)算效率的顯著提高。兩者都是可能的。兩者都不能保證。

可靠性提出了不同類別的挑戰(zhàn)。生成不正確句子的語(yǔ)言模型會(huì)產(chǎn)生令人討厭的錯(cuò)誤。攜帶尖銳物體或下降樓梯時(shí)計(jì)算錯(cuò)誤的人形機(jī)器人會(huì)造成身體傷害。為這些系統(tǒng)提供動(dòng)力的 Vision-Language-Action 模型必須達(dá)到當(dāng)前人工智能架構(gòu)尚未證明的可靠性水平。業(yè)界談到 “5 nines”—99。999 百分比的準(zhǔn)確率。當(dāng)前績(jī)效與該閾值之間的差距仍然很大。

監(jiān)管框架不存在。對(duì)于在公共空間運(yùn)行的自主人形機(jī)器人,沒(méi)有全面的全球標(biāo)準(zhǔn)。責(zé)任結(jié)構(gòu)未定義。保險(xiǎn)市場(chǎng)尚未開(kāi)發(fā)。Morgan Stanley 自己的研究指出,“歧義將限制主流人形部署”,直到這些問(wèn)題得到解決。

八、值捕獲層次結(jié)構(gòu)

對(duì)于資本配置者來(lái)說(shuō),關(guān)鍵問(wèn)題是人形價(jià)值鏈中的價(jià)值積累在哪里。摩根士丹利的 “Humanoid Tech 25” 提供了一張地圖。

NVIDIA 占據(jù)頂點(diǎn)位置。該公司不僅僅是一家芯片供應(yīng)商。它試圖通過(guò)集成堆棧建立物理智能平臺(tái)標(biāo)準(zhǔn):用于機(jī)器人學(xué)習(xí)的GR00T基礎(chǔ)模型、用于訓(xùn)練的Isaac模擬環(huán)境以及用于部署的Jetson Thor計(jì)算平臺(tái)。NVIDIA 尋求同時(shí)成為機(jī)器人的 Windows 和英特爾。

視覺(jué)傳感器市場(chǎng)集中在索尼,其 CMOS 圖像傳感器在智能手機(jī)中的主導(dǎo)地位自然延伸到機(jī)器人應(yīng)用。每臺(tái)多攝像頭的需求使可尋址市場(chǎng)成倍增加。三星在視覺(jué)方面存在競(jìng)爭(zhēng),并在內(nèi)存中占據(jù)關(guān)鍵地位—設(shè)備上大型模型推理所需的 LPDDR5 和潛在 HBM 芯片。

模擬和功率半導(dǎo)體市場(chǎng)遍布意法半導(dǎo)體、英飛凌和德州儀器。這些公司提供構(gòu)成機(jī)器人神經(jīng)系統(tǒng)的微控制器、電源管理集成電路和電機(jī)驅(qū)動(dòng)器。AI處理器相比,組件沒(méi)有那么迷人,但同樣不可或缺。

積分器—Tesla、Figure、Agility Robotics、UBTECH、Unitree—face 不同的經(jīng)濟(jì)學(xué)。他們?cè)谙到y(tǒng)設(shè)計(jì)和制造效率方面展開(kāi)競(jìng)爭(zhēng)。東大集成商具有結(jié)構(gòu)性成本優(yōu)勢(shì)。機(jī)器人組裝商之間的價(jià)格競(jìng)爭(zhēng)將非常激烈。半導(dǎo)體供應(yīng)商沒(méi)有面臨這樣的壓力。他們是寡頭壟斷者,提供每個(gè)集成商所需的組件。

這種動(dòng)態(tài)—商品化的硬件集成,集中的半導(dǎo)體供應(yīng)—概括了智能手機(jī)行業(yè)的結(jié)構(gòu)。蘋果和三星獲得了品牌溢價(jià),但高通、臺(tái)積電和索尼獲得了耐用的保證金池。人形市場(chǎng)也在按照類似的路線組織。

九、結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型

3050億美元的人形機(jī)器人半導(dǎo)體市場(chǎng)的出現(xiàn)并不是一個(gè)孤立的預(yù)測(cè)。它是計(jì)算與物理現(xiàn)實(shí)之間關(guān)系更廣泛的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變的指標(biāo)。

七十年來(lái),半導(dǎo)體行業(yè)為處理信息的應(yīng)用提供服務(wù):計(jì)算、通信、存儲(chǔ)、顯示。這些位除了原子之外還存在。物理智能消除了這個(gè)邊界。計(jì)算變得具體化。硅成為機(jī)器行走、操縱和與物質(zhì)世界互動(dòng)的神經(jīng)系統(tǒng)。

投資影響超出了明顯的受益者范圍。電力基礎(chǔ)設(shè)施必須擴(kuò)大規(guī)模,為十億臺(tái)機(jī)器人充電。無(wú)線網(wǎng)絡(luò)必須不斷發(fā)展以支持機(jī)器與機(jī)器的協(xié)調(diào)。保險(xiǎn)產(chǎn)品的出現(xiàn)必須涵蓋新的責(zé)任類別。當(dāng)建筑物可以通過(guò)機(jī)器人維護(hù)進(jìn)行維修時(shí),房地產(chǎn)經(jīng)濟(jì)就會(huì)發(fā)生轉(zhuǎn)變。當(dāng)機(jī)械助理可以增強(qiáng)老年護(hù)理時(shí),醫(yī)療保健服務(wù)就會(huì)發(fā)生變化。

摩根士丹利將其描述為“是人類歷史上的重要篇章。” 短語(yǔ)是被測(cè)量的。含義不是。

機(jī)械成本的通貨緊縮崩潰確保了人形機(jī)器人變得負(fù)擔(dān)得起。半導(dǎo)體需求的通脹擴(kuò)張確保為這些機(jī)器人提供動(dòng)力的芯片將獲得溢價(jià)估值。這兩種力量的交匯創(chuàng)造了 3050 億美元的機(jī)會(huì)。

資本將流向這個(gè)交叉點(diǎn)。機(jī)構(gòu)配置者面臨的問(wèn)題不是是否參與,而是如何在輪廓現(xiàn)在變得可見(jiàn)的價(jià)值鏈中定位。

十、結(jié)論:即將到來(lái)的十年

2025年至2035年期間將決定人形市場(chǎng)是否實(shí)現(xiàn)其預(yù)計(jì)軌跡或遇到阻礙大規(guī)模采用的障礙。早期指標(biāo)將是錨定客戶—Tesla的制造工廠、亞馬遜的物流網(wǎng)絡(luò)、尋求解決勞動(dòng)力限制的汽車裝配廠的部署規(guī)模。

如果試點(diǎn)部署表現(xiàn)出可接受的可靠性和經(jīng)濟(jì)回報(bào),采用曲線將會(huì)陡峭。資本形成將加速。半導(dǎo)體需求預(yù)測(cè)將被證明是保守的。

如果技術(shù)故障、安全事件或監(jiān)管干預(yù)導(dǎo)致部署停滯,時(shí)間表就會(huì)延長(zhǎng)。市場(chǎng)到達(dá)同一目的地的速度較慢。2050年代而不是2040年代半導(dǎo)體需求實(shí)現(xiàn)。

任一結(jié)果都使基本論點(diǎn)完好無(wú)損。物理智能的物理學(xué)需要復(fù)雜的硅。大規(guī)模部署的經(jīng)濟(jì)性需要負(fù)擔(dān)得起的機(jī)制。這些要求之間的差距是 3050 億美元的機(jī)會(huì)。

硅奇點(diǎn)不是預(yù)測(cè)。這是一個(gè)計(jì)算。變量是已知的。軌跡已設(shè)定。唯一的不確定性是速度。

作者注:

作者是一位學(xué)者、獨(dú)立研究員，這不是財(cái)務(wù)建議，本文不構(gòu)成任何投資建議。

數(shù)據(jù)來(lái)源: 摩根士丹利研究公司(2025 年 12 月,“Humanoid Tech 25”)、摩根士丹利(2025 年 5 月,“Humanoid Robot Market”)、高盛(2024 年 1 月,“Humanoid Robot:The AI Accelerant”),已驗(yàn)證行業(yè)披露。

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