Chip War: The Fight for the World's Most Critical Technology - Chris Miller

Ошеломляющая сложность производства вычислительных мощностей показывает, что Силиконовая долина - это не просто история науки или инженерии. Технологии развиваются только тогда, когда находят рынок сбыта. История полупроводников - это также история продаж, маркетинга, управления цепочками поставок и снижения затрат. Силиконовая долина не существовала бы без предпринимателей, которые ее создали. Боб Нойс был физиком, получившим образование в Массачусетском технологическом институте, но проявил себя как бизнесмен, увидев огромный рынок для продукта, которого еще не существовало. Способность Fairchild Semiconductor "впихивать все больше компонентов в интегральные схемы", как выразился Гордон Мур в своей знаменитой статье 1965 г., зависела не только от физиков и химиков компании, но и от таких жестких руководителей производства, как Чарли Спорк. Стремление освободить производственные цеха от профсоюзов и предложение опционов на акции большинству сотрудников неуклонно повышали производительность. Сегодня транзисторы стоят намного меньше миллионной доли их цены 1958 года благодаря духу, выраженному ныне забытым сотрудником Fairchild, который при увольнении из компании написал в анкете: "Я... ХОЧУ... СТАТЬ... БОГАТЫМ".

Поразмыслив, можно сказать, что чип создал современный мир, так как наше общество и наша политика определили характер исследований, проектирования, производства, сборки и использования чипов. Например, DARPA, научно-исследовательское подразделение Пентагона, буквально сформировало полупроводник , финансируя важнейшие исследования трехмерных транзисторных структур, называемых FinFET, которые используются в самых современных логических микросхемах. И в будущем китайские субсидии будут серьезно изменять цепочку поставок полупроводников, независимо от того, достигнет ли Китай своей цели - полупроводникового господства или нет.

Конечно, нет никакой гарантии, что чипы останутся такими же важными, какими они были в прошлом. Спрос на вычислительную мощность вряд ли когда-нибудь уменьшится, но предложение может иссякнуть. Знаменитый закон Гордона Мура - это всего лишь предсказание, а не физический факт. Светила индустрии, от генерального директора Nvidia Дженсена Хуанга до бывшего президента Стэнфорда и председателя совета директоров Alphabet Джона Хеннесси, на сайте объявили закон Мура мертвым. В какой-то момент законы физики сделают невозможным дальнейшее уменьшение размеров транзисторов. Еще раньше их производство может стать слишком дорогим. Темпы снижения стоимости уже значительно замедлились. Инструменты, необходимые для производства все более мелких микросхем, стоят ошеломляюще дорого, не говоря уже о машинах для EUV-литографии, стоимость каждой из которых превышает 100 млн. долларов.

Прекращение действия закона Мура стало бы катастрофой для полупроводниковой промышленности и для всего мира. Каждый год мы производим все больше транзисторов только потому, что это экономически выгодно. Однако это уже не первый случай, когда закон Мура объявляется практически мертвым. В 1988 г. Эрих Блох, авторитетный специалист из IBM и впоследствии глава Национального научного фонда, заявил, что закон Мура перестанет работать, когда транзисторы уменьшатся до четверти микрона - барьер, который индустрия преодолела десять лет спустя. Гордон Мур в своей презентации 2003 г. опасался, что "привычный ход вещей обязательно столкнется с барьерами в ближайшее десятилетие или около того", но все эти потенциальные препятствия были преодолены. В то время Мур считал трехмерную транзисторную структуру "радикальной идеей", но менее чем через два десятилетия мы уже произвели триллионы этих трехмерных транзисторов FinFET. Карвер Мид, профессор Калифорнийского технологического института, который ввел в обиход фразу "закон Мура", полвека назад шокировал ученых-полупроводников, предсказав, что чипы со временем будут содержать 100 млн. транзисторов на квадратный сантиметр. Сегодня самые передовые фабрики способны вместить в чип в сто раз больше транзисторов, чем считал возможным даже Мид.

Иными словами, долговечность закона Мура удивила даже того, в честь кого он назван, и того, кто его придумал. Возможно, это удивит и сегодняшних пессимистов. Джим Келлер, звездный разработчик полупроводников, которому принадлежит огромная заслуга в преобразовании чипов Apple, Tesla, AMD и Intel, заявил, что он видит четкий путь к пятидесятикратному увеличению плотности размещения транзисторов в чипах. Во-первых, по его мнению, существующие транзисторы в форме ребер можно напечатать более тонкими, что позволит упаковывать их в три раза больше. Затем на смену транзисторам в форме ребер придут новые транзисторы в форме трубок, часто называемые "gate-all-around". Это проволочные трубки, позволяющие прикладывать электрическое поле со всех сторон - сверху, сбоку и снизу, что обеспечивает более эффективный контроль над "переключателем" и позволяет справиться с проблемами, возникающими при уменьшении размеров транзисторов. По словам Келлера, эти крошечные провода позволят удвоить плотность упаковки транзисторов. По его прогнозам, укладка этих проводов друг на друга может увеличить плотность еще в восемь раз. Таким образом, количество транзисторов, которые могут быть размещены на чипе, увеличится примерно в пятьдесят раз. "Атомы не кончаются", - заявил Келлер. "Мы знаем, как печатать отдельные слои атомов".

Несмотря на все разговоры о том, что закон Мура закончился, в индустрию чипов вливается больше денег, чем когда-либо прежде. Стартапы, разрабатывающие чипы, оптимизированные для алгоритмов искусственного интеллекта, за последние несколько лет собрали миллиарды долларов, надеясь стать следующей Nvidia. Крупные технологические компании - Google, Amazon, Microsoft, Apple, Facebook, Alibaba и другие - теперь вливают деньги в разработку собственных чипов. Дефицита инноваций явно не наблюдается.

Лучшим аргументом в пользу тезиса о том, что закон Мура заканчивается, является то, что вся эта новая деятельность по созданию микросхем для конкретных целей или даже для отдельных компаний вытесняет те улучшения в области вычислений "общего назначения", которые обеспечивались регулярным выпуском компанией Intel все более мощных микропроцессоров на протяжении последних полувека. Нил Томпсон и Свенья Спанут (Neil Thompson, Svenja Spanuth), два исследователя, зашли настолько далеко, что утверждают: мы наблюдаем "упадок компьютеров как технологии общего назначения". По их мнению, будущее вычислительной техники будет разделено между "быстрыми" приложениями, которые получат мощные специализированные чипы, и "медленными" приложениями, которые застрянут в использовании чипов общего назначения, прогресс которых угаснет".

Бесспорно, что микропроцессор, рабочая лошадка современных вычислений, частично вытесняется микросхемами, созданными для конкретных целей. Менее понятно, является ли это проблемой. Графические процессоры Nvidia не являются универсальными, как микропроцессоры Intel, в том смысле, что они разработаны специально для работы с графикой и, все чаще, с искусственным интеллектом. Однако благодаря Nvidia и другим компаниям, предлагающим чипы, оптимизированные для ИИ, искусственный интеллект стал намного дешевле в реализации, а значит, и доступнее. Сегодня ИИ стал гораздо более "универсальным", чем это было возможно десять лет назад, во многом благодаря новым, более мощным чипам.

Наметившаяся в последнее время тенденция к разработке собственных микросхем крупными технологическими компаниями, такими как Amazon и Google, знаменует собой очередное изменение ситуации последних десятилетий. Компании Amazon и Google занялись разработкой микросхем, чтобы повысить эффективность серверов, на которых работают их общедоступные облака.