Přeskočí Čína několik generací technologického náskoku?

Jenže tranzistory jsou dnes tak malé, že jejich rozměry se měří v nanometrech a fyzikální limity miniaturizace se blíží. Když ovšem dnes slyšíme popis, že čipy jsou třeba 4 nm, neznamená to velikost tranzistorů v čipu. Od přelomu tisíciletí jsou to v podstatě obchodní označení výkonnostní generace. Nejrelevantnější číslo je hustota tranzistorů tj kolik tranzistorů se vejde na milimetr čtvereční. TSMC čip s označením 3 nm jich má přibližně 290 milionů na mm².

Jenže to je absolutní špička. V pračkách stále máme čipy 90-180 nm, standardní průmyslové čipy jsou 28 nm, ale právě v telefonech najdeme čipy s označením 3–4 nm vyráběné TSMC pro Nvidii, Apple, AWS a další (paradoxně Intel a TSMC označují podobně výkonné čipy různými čísly, protože každý má jinou metodiku měření). Největším tahounem současné miniaturizace ale není spotřební elektronika, nýbrž čipy pro umělou inteligenci. Protože ty čipy jsou řádově větší než čip v telefonu, potřebují co nejmenší uzel, protože se tím snižuje spotřeba energie na operaci a u datového centra s tisíci procesory je úspora energie doslova otázka milionů dolarů ročně. Ale nejde jen o energii, jde i o chlazení, protože křemík má fyzikální limit, nad určitou teplotou přestane fungovat správně.

Nejostřejší technologický závod se tak odehrává právě v datových centrech AI a mobilech souběžně, proto TSMC spouští výrobní závod na čipy s označením 2 nm a plánuje závod na 1,4 nm. A právě takové čipy pod 7 nm umí vyrobit ekonomicky a efektivně jedině litografické stroje nizozemské společnosti ASML, o které jsem psal před pár dny, že 99 procent její produkce jde mimo Evropu. TSMC jich má ca 100, Samsung ca 50...

Nejpokročilejší čínská prokázaná výrobní schopnost se v současnosti pohybuje okolo ekvivalentu 7 nm, ale mají problémy a vadnými čipy, s propojením čipů pomocí speciálních pamětí a s výpočetní efektivitou na operaci. Čínské AI firmy proto potřebují více hardwaru na stejný výkon jako jejich západní konkurenti a to je drahé a pomalé.

A teď k té novince...
Proto kvůli americkým sankcím, jak se zdá, rozjela Čína dvě strategie paralelně. Čína prý postavila EUV litografický stroj ekvivalentní k ASML v zabezpečené laboratoři v Šenzhenu (psal jsem o tom) pod vedením Huawei a zdroje přirovnaly projekt svou důležitostí k čínskému Manhattanskému projektu. Stroj je popisován jako funkční, generuje EUV světlo, ale zatím nevyprodukoval funkční čipy. Přičemž oproti ASML popisovaný stroj nabízí údajně jednodušší architekturu, menší rozměry a potenciálně nižší výrobní náklady. Pracují na tom prý tři různé týmy ve třech různých laboratořích. Pokud se jim to podaří, bude to rána nejen pro cenu akcií ASML, ale i smysluplnosti všech "sankcí".

A nyní se zdá, že tento stroj není jedinou strategií. Huawei aktuálně oznámil na IEEE ISCAS sympoziu v Šanghaji, že jejich snahy o zmenšování se zastavily ca před šesti lety. Šéfka čipové divize He Tingbo vysvětlila, že firma nyní zavedla novou "metodu časového zrychlení" interně nazývanou tzv. Tau Scaling Law jako náhradu. Ta neříká jako Moorův zákon zmenši tranzistor, aby si zvýšil výkon, ale zkrať čas, který potřebují signály k přesunu uvnitř čipu a výpočetních systémů.

Na vysvětlení přirovnání. Představme si poštovní úřad. Moorův zákon (stará cesta) říká, že pokud chceš zpracovat více dopisů, vytvoř více přepážek na omezeném prostoru. Desítky let to fungovalo, přepážky přibývaly, výkon rostl, jenže přepážky jsou teď tak malé a nacpané tak blízko k sobě, že fyzicky nejde přidat další. Metoda časového zrychlení Tau Scaling Law říká, neřeš až tak počet přepážek, ale vyřeš čekací dobu, zkrať frontu, přesuň nejfrekventovanější přepážky blíž ke vchodu, změň způsob, jak si dopisy předávají kolegové mezi sebou atd.

Výsledek může být podobný výkon, ale jiným způsobem. Huawei tvrdí, že jejich špičkové čipy dosáhnou výkonu jako ekvivalentní čipy s označením 1,4nm do roku 2031.

Za posledních šest let Huawei údajně navrhlo a sériově vyrobilo 381 takových čipů postavených na tomto principu. Tzv "Kirin" čipy, naplánované na druhou polovinu tohoto roku, budou první, které použijí v telefonech novou architekturu s citelně vyšším výkonem. Jinými slovy, jestliže to vyjde, dokáže Huawei ze staršího a dostupného výrobního procesu skrze jinou architekturu čipu vymáčknout takovou systémovou efektivitu, že výsledný čip bude mít o ca polovinu vyšší výkon a do roku 2031 výkon odpovídající 1,4nm čipům ze západních továren.

Pokud podzimní čipy Kirin prokáží reálný mezigenerační skok ve výkonu a efektivitě bez přístupu k novým strojům od ASML, bude to nezvratný důkaz, že americké sankce selhaly v zastavení čínského technologického pokroku a pouze ho donutily vydat se jinou, dosud neprozkoumanou cestou. Každopádně to způsobilo velký poprask, akcie čínských společností vyrábějících čipy prudce vzrostly, přičemž akcie společnosti SMIC vyskočily o více než 18 % a téma zaplnilo všechna technologická média. Mluví se o potenciálním průlomu v čínském úsilí obejít vývozní kontroly.