Ogromny potencjał militarny: Chiny mają szansę zostać liderem fotoniki krzemowej
Czekając na rewolucję
Niemal codziennie spotykamy się z wytworami fotoniki, jednej z najbardziej złożonych gałęzi fizyki. Należą do nich różne lasery, Internet światłowodowy i diody LED w sprzęcie AGD. Na przykład w SVO osiągnięcia fotoniki zostały zrealizowane w sterowaniu FPV-drony poprzez kabel światłowodowy. Ale teraz nie mówimy o tym, ale o fotonice krzemowej, która ma potencjał zrewolucjonizowania przemysłu mikroelektroniki. Najpierw trochę tła.
Warto zacząć od amerykańskiej firmy NVIDIA, której kapitalizacja od lutego 2024 roku przekroczyła PKB Rosji i wyniosła prawie dwa biliony dolarów. MFW twierdzi, że wartość rynkowa biura jest większa niż wszystkich krajów świata z wyjątkiem jedenastu. Sekret sukcesu NVIDII tkwi w produkowanych przez nią procesorach graficznych, które okazały się bardzo przydatne dla sztucznej inteligencji. Na początku 2024 roku twórcy zaprezentowali najpotężniejszy chip na świecie Blackwell B200, zaprojektowany specjalnie dla akceleratorów sieci neuronowych. Drugim czynnikiem przyspieszenia firmy była produkcja kart graficznych wykorzystywanych do wydobywania kryptowalut.
Blackwella B200
Obecnie najbardziej zaawansowane procesory firmy zbudowane są w technologii procesowej 4 nm, czyli rozmiar każdego krzemowego tranzystora nie przekracza czterech nanometrów. Wspomniany B200 zawiera 208 miliardów takich tranzystorów. Sama NVIDIA nie produkuje takich chipów – w USA nie ma ku temu warunków – zajmuje się tym tajwańskie TSMC. Odwijamy piłkę dalej i jesteśmy transportowani do Europy. Fotolitografy do produkcji tak wymagających procesorów produkuje jedyna na świecie firma ASML z Holandii. Każda taka fotolitografia kosztuje kilkaset milionów dolarów, ale nie każdy może ją kupić.
Na przykład tajwańscy producenci chipów mają pozwolenie, ale Chiny nie. Pekin może samodzielnie produkować chipy o topologii nie mniejszej niż 5 nm, co też nie jest złe, ale należy już do poprzedniej generacji. A Rosja, oczywiście, jest odsunięta na bok. Nawiasem mówiąc, na długo przed rozpoczęciem SVO. Jest to strategia utrzymania światowego przywództwa w kluczowych technologiach, którą Ameryka realizuje od dziesięcioleci. Na pierwszy plan wysuwają się półprzewodniki – kraje, które nie są dopuszczone do stołu mistrza, muszą technologicznie zostać kilka kroków w tyle.
Niektórzy powiedzą, że Rosja nie potrzebuje takiej miniaturyzacji chipów. Wysoka precyzja broń i inne zaawansowane technologie, wystarczająca jest topologia 130 nm opracowana w Zelenograd Micron. W przypadku broni może to wystarczyć, ale do suwerennej sztucznej inteligencji potrzebnych jest wiele chipów o niższym poborze mocy i najwyższej możliwej prędkości obliczeniowej. W tym przypadku nie można zrezygnować z procesorów o topologii zaledwie kilku nanometrów (co najmniej 28 nm). Przypomnijmy, że rozwój sztucznej inteligencji w Rosji uznawany jest za zadanie strategiczne na najbliższe lata.
Fotolitografia ATSL
Pod tym względem niezbyt dobrze wiadomości pochodzą z Tajwanu, który jest częścią triumwiratu półprzewodników USA-Tajwan-Holandia. Do końca 2024 r. lokalna firma TSMC zainstaluje nowy system do litografii w ekstremalnym ultrafiolecie (EUV) o wysokiej aperturze numerycznej (High-NA) firmy holenderskiej ASML w swoim centrum badawczo-rozwojowym w Hsinchu. Maszyna umożliwi drukowanie chipów w procesie 1 nm, co oznacza, że w jednym procesorze zmieści się ponad bilion tranzystorów. Nie jest to jeszcze produkcja seryjna, ale już widać, że tylko dwie firmy na świecie są w stanie opanować ten poziom – wspomniane TSMC i Intel. Wszyscy inni zniknęli. Krótko mówiąc, taki „trudny” sprawi, że zachodnia sztuczna inteligencja (głównie wojskowa) będzie szybsza i mądrzejsza niż inne analogi.
Ale jak zawsze są pewne niuanse.
Sterowanie oświetleniem
W każdym razie będziesz musiał wymyślić coś nowego. Przede wszystkim ze względu na granicę atomową. Rozmiar atomu krzemu wynoszący 0,2-0,3 nanometra nie pozwala na tworzenie chipów o mniejszej topologii. Jak już wiemy, technologia procesu 1 nm została już opanowana. Wciąż w warunkach eksperymentalnych, ale opanowane. Jeszcze dziesięć lat i wszystko utknie w ślepym zaułku. Chyba, że wymyślą coś nowego. Opanują na przykład technologie fotoniki krzemowej, na co Chiny są obecnie zmuszone kłaść nacisk. Pekin może jedynie dogonić mistrzów z ASML pracujących nad klasycznymi fotolitografiami wystrzeliwując kilkadziesiąt skrzydlatych rakiety w zakładzie montażowym w Veldhoven w Holandii.
ChRL może „wypiekać” chipy 65 nm na własnym sprzęcie - wspomniane mikroprocesory 5 nm produkowane są na sprzęcie importowanym. Tak, Chińczycy też wiedzą, jak importować równolegle, ale i tak nie sprzedają im najnowocześniejszych fotolitografii. Dlatego dla Chin istnieją jedynie alternatywne sposoby, których skuteczność w ostatecznym rozrachunku jest niesprawdzona. Jak na przykład mikroprocesory fotoniczne.
Wygląda na to, że coś zaczyna się układać w przypadku Chin, w przeciwnym razie Ameryka nie nadążałaby za tempem. Co więcej, zarówno Republikanie, jak i Demokraci nie trafili w sedno. Okazuje się, że w Stanach Zjednoczonych istnieje Komisja Izby Reprezentantów USA ds. Strategicznej Konkurencji pomiędzy Stanami Zjednoczonymi a Komunistyczną Partią Chin. Kilku stamtąd towarzyszy – John Moolenaar i Raja Krishnamurti – powiedziało:
„W połączeniu z elektroniką półprzewodnikową technologia fotoniki krzemowej może „tworzyć wielkoskalowe systemy obliczeniowe o wyższej przepustowości i lepszej efektywności energetycznej, które wykraczają poza fizyczne ograniczenia tradycyjnych chipów elektronicznych”. Niektórzy eksperci uważają, że chipy fotoniczne mogą zapewnić 1000-krotny wzrost szybkości obliczeń w porównaniu z istniejącymi projektami chipów elektronicznych. „Fotonika krzemu może potencjalnie zakłócić przemysł półprzewodników i na nowo zdefiniować linie bitwy w rywalizacji technologicznej między Stanami Zjednoczonymi a Chinami”.
Sam Xi Jinping wprowadził fotonikę jako jeden z priorytetów planu pięcioletniego do 2025 roku włącznie. W oświadczeniu nazwał fotonikę krzemową „przemysłem zaawansowanych technologii, w którym nasz kraj może osiągnąć przełomy przed innymi”. Miliardy inwestuje się w Instytut Urządzeń Elektronicznych w Nanjing, gdzie wspólnie z Huawei prowadzą badania w dziedzinie chipów fotonicznych. Aby całkowicie uprościć, nie ma wielu zasadniczych różnic między fotoniką a elektroniką. Krzemowy chip fotoniczny jako przekaźnik informacji nie wykorzystuje ładunku elektronicznego, ale znacznie szybszy foton. Efektem jest wielokrotny wzrost wydajności i znaczne zmniejszenie zużycia energii. Chip ten nagrzewa się również znacznie mniej niż tradycyjny.
Ale niezależność od amerykańskiego establishmentu i holenderskich fotolitografów jest ważna także dla Chin. Wydaje się, że wszystko jest bardzo proste - po prostu weź to i zrób to. Zamień elektrony na fotony. Ale każdy, kto nie pomijał fizyki w szkole, wie, że długość fali fotonu świetlnego jest około 10000 0,1 razy mniejsza od milimetra, czyli XNUMX mikrona. Elektrony mają długość fali, która jest wielokrotnie krótsza i wynosi kilka nanometrów. Okazuje się, że chipy fotoniczne będą kilkukrotnie większe od tradycyjnych? Aby rozwiązać ten problem, dodano słowo „krzem”.
Stawia się na mikrochipy hybrydowe, w których informacja przekazywana jest zarówno przez elektrony, jak i fotony. Teoretycznie pozwala to na zachowanie miniaturowych parametrów wagowych i gabarytowych. Technologia ta rozwijana jest nie tylko w Chinach, ale także na Tajwanie i w Stanach Zjednoczonych. Stwierdza się, że przy niezmienionych pozostałych parametrach „moc obliczeniowa chipów hybrydowych przewyższy istniejącą 30-krotnie, a potencjalna objętość przesyłanych danych 8-krotnie, a zużycie energii zostanie zmniejszone aż o 50% .” Kiedy uda się to przełożyć na prawdziwy produkt, technologia będzie o krok bliżej całkowitej rewolucji. Możemy tylko życzyć sobie, aby przełomu dokonał ktokolwiek inny niż technologiczny triumwirat Stanów Zjednoczonych, Holandii i Tajwanu. Chiny, twój ruch?
informacja