AI产业的供应链上，晶片设计和云端运算服务都是寡占甚至垄断的市场，近年来高阶晶片又相当稀缺，这形塑了相关企业彼此竞争时的策略，也带来地缘政治和消费者安全上的影响。
撰文｜谢达文
美国财经大报《华尔街日报》不时会举办企业高峰会，邀请各产业的公司执行长与会。今 (2023) 年五月的峰会上，马斯克 (Elon Musk) 对着满场的商界高层开了个玩笑：「图形处理器 (GPU) 现在比毒品还难买！」(Seetharaman and Dotan, 2023)
在场熟悉AI产业的执行长们，听到这个笑话都会心一笑。因为，马斯克这句话背後，并不只是抱怨某项必需品很难购买而已。他这个笑话要谈的是一个最最关键的条件，形塑着AI产业链上所有公司的竞争策略：关键「基础建设」的稀缺和垄断。
AI所需的基础建设掌握在少数公司手上
要经营AI公司，需要做的远远不只是发展模型。模型的训练与执行都仰赖各种「基础建设」，才能完成过程中各种运算 (compute) 的任务。具体而言，这包含晶片、让晶片能发挥作用的软体，以及运用超级电脑提供云端运算能力的资料中心。
这些基础建设并不像马路一样是由政府提供，而是商业产品；由於建立这些基础建设的初始成本相当高昂，最早投入市场的企业因此有最大的优势，而这几项关键产品的市场目前更都是由少数公司独占或寡占。台湾读者最熟悉的，就是负责晶片制造的「护国神山」台积电，以及同在台湾、由晶片制造延伸出的封测产业链；台积电在这方面技术远胜竞争者三星和英特尔 (Intel)，因而不但独占全球龙头地位，也提升了各国、尤其美国对台湾安全的重视。
但在晶片制造之外，晶片设计的寡占情形也相当明显。一个重要的背景是，对AI产业来说，「旧型晶片」几乎毫无价值可言，因为在AI的发展上，晶片效能差一代，总使用成本就可能差上千倍──越旧的晶片，计算速度更慢，运作所需的电力也更高 (Khan and Mann, 2020)。如果用最严格的标准来说，目前只有辉达 (Nvidia) 一家公司真的有办法设计最高端的GPU。举例来说，引爆全球对大型语言模型期待的ChatGPT，就完全仰赖辉达所生产的A100s图形处理器；此外，Meta的AI用超级电脑GrandTeton，也是使用辉达的H100s。紧追在後的是超微 (AMD)，最新的晶片在某些面向上效能不逊於辉达，而由於全球晶片稀缺，仍是许多下游厂商的备案。至於英特尔，截至目前为止最好的产品是七奈米的Gaudi2，效能则完全无法与辉达的H100s竞争。就如同马斯克的笑话所说，在AI产业的蓬勃发展下，这些高阶晶片的需求非常庞大，产量相对稀缺，这也使得这三家公司，尤其是辉达有非常大的权力，不但可以决定产品价格，更可以策略性地决定「要优先把晶片卖给谁」，藉此掌控下游AI产业的发展 (Vipra & West, 2023)。
除此之外，辉达也进一步把晶片设计的优势延伸到软体领域，开发出自家晶片专用，而且效能也确实优秀的软体CUDA。目前，一整个世代的AI工程师，多数最熟悉、甚至唯一熟悉的软体就是CUDA；除此之外，由CUDA衍伸，能与CUDA进一步相搭配的软体也最丰富，因此能够做最广泛、最有效的应用。这些因素都使得AI公司更难改用其他家的晶片，进一步巩固辉达的龙头优势。
至於云端运算则是由另外三巨头把持：亚马逊的Amazon WebServices市占率最高，微软的Microsoft Azure居次，字母的Google Cloud第三。执行云端运算不但需要最高阶的超级电脑，还需要电力、人力等各方面的支持，因此建置成本相当高，同样是个相当难打进的市场。值得注意的是，近年来甲骨文公司 (Oracle) 也突破了许多初期瓶颈，打入高阶的云端运算服务市场，更开始以较低廉的价格与许多AI公司合作，对於市场的影响值得持续观察。
同床异梦的竞争策略，中美冲突的关键武器，产业端的系统性风险
这种垄断或寡占的态势，加上整体而言晶片的稀缺，不但给予这些产业龙头很大的权力，可以影响下游产业的地貌，同时也形塑了这些公司的发展策略。目前，晶片设计跟云端服务的龙头之间，就有复杂的竞争合作关系。一方面，辉达已经与微软、字母和甲骨文这三家云端运算公司同步展开合作，用「保证你们能拿到我们的高阶晶片」，交换云端运算伺服器的使用权，再将伺服器转租给下游的AI开发公司，藉此获利──而AI开发公司、尤其小型新创经常别无选择，只能接受双方合作下被垫高的价格。
但除了看似互利共生、一起赚下游厂商的钱之外，云端运算公司也希望能挣脱辉达对他们的全面控制。Google现在已经开始尝试自行设计晶片，希望能专门对应自家AI的发展需求；他们的晶片最初是由三星生产，但也即将转单给台积电 (Lin, 2023)。同样的道理下，微软也宣布将在2024年产出新晶片「雅典娜」。这样的努力是否真的能撼动辉达的控制权，还是仍然必须臣服於辉达的尖端技术，仍然有待观察，但外界普遍认为，即使以字母和微软财力与人才之雄厚，恐怕也相当困难。
在此同时，辉达跟这些云端运算公司也是同床异梦。辉达也非常希望挑战他们，自己进军云端运算业，进一步增加利润和权力。举例来说，辉达也刻意优先提供许多高阶晶片给CoreWeave和Lambda Labs这两家较小的云端运算公司，提供的量与他们的规模不成比例，甚至还直接投资CoreWeave，金额高达1亿美元，目的显然是要扶持可以挑战三巨头和甲骨文的竞争者；在高阶晶片稀缺下，微软甚至被迫反过来向CoreWeave购买辉达提供的晶片，让CoreWeave可以从中再赚一手 (Novet, 2023)。就此看来，在设计方与云端方的战争当中，目前还是由辉达略占上风。
除了商业策略之外，晶片垄断也有地缘政治上的效应。辉达、AMD和英特尔都位於美国矽谷，在美中竞争甚至冲突的背景下，这对中国非常不利。台湾的读者可能经常听到，在制造方面，台积电有无可取代的地位，加上三星和英特尔也都位於较亲美的阵营，这都大大降低中国在AI方面的竞争力。而在设计方面，更有许多专家认为，拜登政府下令禁止辉达向中国出口最高阶晶片，对中国最大的打击不只是「得不到最新晶片」本身，同时是无法使用软体CUDA，让许多既有的AI也难以好好运作。截至目前为止，中国政府虽然已经投入大笔资源，希望建立自己的晶片─AI产业链，但只在封装、包装和原物料方面稍有斩获，在晶片设计和软体方面仍无法与辉达、超微并驾齐驱，至於制造端的许多具体技术（如SME、EDA）更是落後甚多 (Khan, Peterson & Mann, 2021)。
面对国际政治、美中冲突，美国政府当然乐见这样的态势，但在此同时，面对国内的需求，政府对於这样少数公司寡占的状况仍然相当担忧。如同前述，垄断权力让少数公司可以自己决定价格，或是联合提高价码，甚至可以决定要把产品与服务提供给哪些下游厂商，而美国政府并不乐见少数公司有这麽大的权力，联邦贸易委员会（Federal Trade Commission，简称FTC）也已经开始调查其中是否涉及美国法律上所谓「反竞争行为」。
今年最着名的例子是FTC介入辉达并购安谋公司 (Arm)，成功阻挡这项垂直整合，背後的考量就是不希望辉达将安谋的关键技术变成「辉达晶片专用」，并且主导谁能取得这些技术，让已经寡占的市场更缺乏竞争 (FTC, 2023)。同时，FTC也同样担心少数公司把持关键技术，将使消费者面临过大的风险：以云端服务为例，一家公司的系统或产品出问题，会不会全美都被瘫痪？一家公司的资料外泄，会不会全美国都遭殃？(The FTC Office of Technology, 2023) 就此而言，垄断问题之所以获得政府关注，问题不只是商业竞争而已，还有权力失衡破坏市场竞争，以及消费者安全上的疑虑。
参考文献
- Seetharaman, Deepa and Tom Dotan. 2023. “The AI Boom Runs on Chips, but It Can’t Get Enough.” Wall Street Journal.
- Khan, Saif M. and Alexander Mann. 2020. “AI Chips: What They Are and Why They Matter? An AI Chips Reference.” Center for Security and Emerging Technology.
- Vipra, Jai and Sarah Myers West. 2023. “Computational Power and AI.” AI Now Institute.
- Lin, Belle. 2023. “In Race for AI Chips, Google Deep Mind Uses AI to Design Specialized Semiconductors.” Wall Street Journal.
- Novet, Jordan. 2023. “Microsoft signs deal for A.I. computing power with Nvidia-backed CoreWeave that could be worth billions.” CNBC.
- Khan, Saif M., Dahlia Peterson, and Alexander Mann. 2021. “The Semiconductor Supply Chain: Assessing National Competitiveness.” Center for Security and Emerging Technology.
- Federal Trade Commission, 2023. “Statement Regarding Termination of Nvidia Corp.’s Attempted Acquisition of Arm Ltd.”
- The FTC Office of Technology. 2023. “An Inquiry into Cloud Computing Business Practices: The Federal Trade Commission is seeking public comments”