Китай и физика вскоре могут разрушить наши мечты о бесконечной вычислительной мощности

Транзисторы на кремниевых чипах настолько малы, что приближаются к своим физическим пределам. И фирма, которая производит многие из них, может столкнуться с определенными трудностями, если Си Цзиньпин решит вторгнуться на Тайвань.

В 1950-х годах я потратил значительную часть своих карманных денег на покупку транзистора. Это был небольшой металлический цилиндр (около 5 мм в диаметре и 7 мм в глубину) с тремя проводами, торчащими из его основания. Он понадобился мне для небольшого радиоприемника, который я собирал, и его покупка была большой проблемой для парня, живущего в сельской Ирландии. Мои озадаченные родители не могли понять, почему эта штуковина, которую их сын держал между пальцами и большим пальцем, могла быть интересной; и, честно говоря, их нельзя винить.

Теперь перенесемся на шесть десятилетий вперед. Процессор A13, который питает iPhone, который я использовал, чтобы найти фотографию того первого транзистора, содержит 8,5 миллиардов транзисторов, выгравированных на кусочке кремния размером не больше ногтя – «чипе». В следующем поколении этих чипов будут транзисторы размером почти с диаметр человеческой хромосомы.

Эта способность помещать все больше и больше транзисторов в ограниченное пространство — это то, что дало нам закон Мура — наблюдение о том, что количество транзисторов в интегральной схеме удваивается каждые два года или около того — а вместе с ним и тот факт, что мощность компьютеров удваивается каждые два года. два года, насколько большинство из нас помнит. История о том, как это произошло, представляет собой захватывающий рассказ о гениальных инженерных и производственных достижениях, блестяще рассказанный Крисом Миллером в его бестселлере «Война чипов», который следует обязательно прочитать всем министрам-консерваторам, фантазирующим о превращении «Глобальной Британии» в технологическую сверхдержаву.

Но вместе с этим длительным периодом технологического прогресса пришли самоуспокоенность и высокомерие. Мы дошли до того, что подумали, что если бы все, что нужно для решения насущной проблемы, — это увеличение вычислительной мощности, то мы могли бы считать ее решенной; не сегодня, возможно, но уж точно завтра.

В этом есть как минимум три ошибки. Во-первых, многие из наиболее насущных проблем человечества не могут быть решены с помощью компьютеров. Это новость для Кремниевой долины, но это действительно так. Во-вторых, закон Мура скоро вступит в противоречие с законами физики. Мы приближаемся к моменту, когда критическая часть транзистора – «ворота», через которые течет ток – приближается к 2 нанометрам (нм – миллиардная доля метра), а диаметр атома кремния составляет 0,2 нм, а это означает, что ширина затвора составляет всего около 10 атомов кремния, после чего начинают происходить всевозможные неловкие взаимодействия между атомами, и производство становится действительно проблематичным.

Третья проблема заключается в том, что в цепочке поставок чипов высшего класса, на которые технологическая индустрия делает ставку, есть два критических узких места, включая чипы Nvidia, которые лежат в основе большинства систем машинного обучения (или искусственного интеллекта), таких как ChatGPT.

Узкое место А возникло потому, что в мире есть только одна компания – ASML в Нидерландах – которая может производить машины для литографии в крайнем ультрафиолете, способные «печатать» 2-нм транзисторы на кремнии.

Эти машины, как объяснили в MIT Technology Review, представляют собой нечто совершенно новое: «Размером с небольшой автобус, они наполнены 100 000 крошечными, скоординированными механизмами, включая систему, которая генерирует определённую длину волны высокоэнергетического ультрафиолетового света путём взрыва расплавленных капель олова. с лазером 50 000 раз в секунду. Чтобы отправить один клиенту, требуется четыре Боинга 747». А топовые машины стоят 350 миллионов долларов.

Узкое место B существует потому, что лишь несколько компаний имеют мощности для производства чипов на уровне 2 нм, и ведущая из них – TSMC – базируется – угадайте, где? – Тайвань.

Соедините эти два узких места вместе, и вы получите то, что можно назвать паникой в ​​руководстве западных экономик. Монополия ASML, возможно, не является такой уж стратегической проблемой: в конце концов, это европейская компания. Самая большая проблема заключается в том, что производство машин — дело тонкое, сложное и трудоемкое. По данным Financial Times, в настоящее время портфель заказов составляет 40 миллиардов долларов.