Kako kraljica čipov utira novo pot Kitajski v tekmi z ZDA

Ko so ZDA leta 2019 kitajskega tehnološkega velikana Huawei uvrstile na seznam sankcioniranih družb in državi omejile dostop do naprednih čipov, je bila predsednica enote za polprevodnike He Tingbo zadolžena, da najde “rešilno bilko” za podjetje in državo. V ponedeljek je ena od dveh žensk v 17-članski upravi Huaweija predstavila nov pristop k razvoju čipov, s katerim namerava ujeti priključek z zahodno konkurenco.

Na simpoziju o vezjih in sistemih v Šanghaju je He predlagala alternativo Moorovemu zakonu. Na tem zakonu že desetletja temelji razvoj polprevodnikov, ki se meri v vse bolj mikroskopskih velikostih tranzistorjev v čipih. Vodilna tehnologija omogoča izdelavo tranzistorjev, širokih le nekaj nanometrov (nm), kar je približno širina ene verige DNK oziroma par atomov. To omogoča namestitev več milijard tranzistorjev na mikročip velikosti nohta ter dela računalnike hitrejše in bolj zmogljive.

V tem razvoju Huawei težko tekmuje, ker zaradi sankcij ZDA nima dostopa do napredne litografske opreme. Huawei svoje čipe zato razvija v skladu z zakonom skaliranja Tau (Tau Scaling Law, angl.), ki namesto manjšanja tranzistorjev predvideva časovno krčenje. Kitajski proizvajalec zabavne elektronike in omrežne infrastrukture ne skuša razviti čim manjših čipov, temveč skrajšati čas potovanja signala med tranzistorji, vezji, čipi in sistemi čipov.

He je na simpoziju dejala, da bi na podlagi zakona Tau (τ) lahko Huawei do leta 2031 dosegel gostoto tranzistorjev, ki bi bila primerljiva z 1,4-nanometrskimi čipi. Čipe s tranzistorji teh velikosti namerava vodilni svetovni proizvajalec, tajvanski TSMC, začeti proizvajati leta 2028, kar bi pomenilo triletni zaostanek Kitajske za najnaprednejšo tehnologijo. Trenutno imajo najbolj zmogljivi čipi v množični proizvodnji, ki jih najdemo na primer v telefonih iPhone 17 Pro, tranzistorje velikosti tri nanometre.

“Moorov zakon bo naletel na zid”

Moorov zakon, poimenovan po soustanovitelju Intela Gordonu Mooru, veleva, da se število tranzistorjev na čipih podvoji približno vsaki dve leti. Po približno pol stoletja usmerjanja razvoja polprevodnikov ta zakon v zadnjih treh letih prihaja do svojih meja, tako fizičnih kot ekonomskih, je He pojasnila v intervjuju za kitajski finančni in tehnološki medij 36kr.

Fizičnih, ker se pri velikostih enega nanometra bližamo podatomski ravni, kjer prenos elektronskih signalov oziroma podatkov ni več tako zanesljiv. Elektroni namreč lahko včasih prehajajo skozi prepreke, kjer to ni mišljeno. Podjetja, kot je TSMC, sicer razvijajo rešitve za tako majhne čipe, kar vključuje nove arhitekture vezij in premik stran od trenutno prevladujočega polprevodniškega materiala, silikona.

Obenem je miniaturizacija čipov po besedah He zadnjih 40 let delovala dobro, ker se je gostota tranzistorjev povečevala hitreje, kot so rasli stroški proizvodnje, kar je nižalo proizvodno ceno na tranzistor. Nekje od velikosti sedmih nanometrov se ta trend obrača, stroški razvoja in proizvodnje pa z vsakim prebojem na manjšo velikost vztrajno rastejo, tudi zaradi kompleksne tehnologije, ki je potrebna na tej ravni, meni inženirka elektrotehnike. Le peščica tovarn polprevodnikov, kot je TSMC, in velikih tehnoloških podjetij, kot sta Apple in Nvidia, lahko vzdrži visoke stroške raziskav, razvoja in množične proizvodnje čipov naslednje generacije.

Interna ocena Huaweija je zato, da bo Moorov zakon v naslednjem desetletju “naletel na zid” fizične in ekonomske vzdržnosti.

Rešilna bilka

Huawei je do preloma z Moorovim zakonom prišel prej kot druga tehnološka podjetja, ker so bili leta 2019 zaradi ameriških sankcij odrezani od zahodne tehnologije. To vključuje naprave za ekstremno ultravijolično (EUV) litografijo, ki jih kot edini na svetu izdeluje nizozemski ASML in ki so ključne za proizvodnjo najmanjših čipov, kot tudi te najmanjše čipe, ki jih izdeluje TSMC po zasnovi podjetij, kot je Nvidia. Po sankcijah se je podjetje moralo zateči k inovacijam, medtem ko si je Kitajska za cilj zadala večjo samozadostnost pri proizvodnji čipov.

Huawei je po sankcijah vstopil v obdobje preživetja, njegova enota za razvoj čipov pa se je naslednjih nekaj let zavila v molk. Za preživetveno strategijo je bila zadolžena He, ki je v ozadju bdela nad projektom. Leta 2019 je zaposlenim v diviziji za oblikovanje čipov HiSilicon poslala pismo, v katerem je dejala, da enota išče “rešilno bilko za Huawei in celotno državo”.

Iz teh pogojev je nastal zakon skaliranja Tau, ki po njenih besedah ni nov koncept v industriji, je pa Huawei prvi, ki predlaga, da bi to morala biti smer razvoja celotne industrije. Bi Huawei ubral to pot, če bi imel dostop do naprednih litografskih naprav? “Odgovor je, da ne nujno. Toda zgodovina ne pozna hipotetičnih kaj-pa-če. Izguba pravice do izbire nas je deset let prej pripeljala do problema, s katerim se bodo vsi akterji sčasoma soočili,” je dejala He.

Huawei idejo o krajšanju zamud pri prenosu signalov v čipih uresničuje z arhitekturo čipov LogicFolding, ki jo je v ponedeljek svetu predstavila He. Čas potovanja signalov skrajšuje s pristopom, imenovanim logično zlaganje (logic folding, angl.), ki dvodimenzionalno razporeditev tranzistorjev na čipu nadgrajuje s tridimenzionalno razporeditvijo in tako vezja zlaga tudi vertikalno, ne le horizontalno.

Čipi za telefone in umetno inteligenco

Huawei je v zadnjih šestih letih razvil 381 čipov na podlagi zakona Tau, ki služijo širokemu spektru tržnih panog, pravijo pri podjetju. Glavni aplikaciji zakona Tau in logičnega zlaganja podjetje vidi v čipih za mobilne telefone in za umetno inteligenco.

Leta 2023 je Huawei presenetil svetovno javnost, ko je izdal novo različico svojega paradnega telefona Mate 60. Ta je bila opremljena s 7nm čipom linije Kirin 9000, ki ga je proizvedel glavni kitajski proizvajalec čipov SMIC na podlagi dizajna Huaweijeve enote HiSilicon pod vodstvom He. Že ta čip je nakazoval, da zahodne izvozne omejitve niso ustavile kitajskega razvoja. Jeseni bo Huawei predstavil prve čipe Kirin, ki temeljijo na arhitekturi LogicFolding.

Letos je prišel tudi preboj pri čipih za umetno inteligenco. Aprila je vodilni kitajski razvijalec umetne inteligence DeepSeek lansiral četrto verzijo svojega modela, ki ga v celoti poganjajo Huaweijevi čipi Ascend. Sedaj po teh čipih povprašujejo tudi kitajski tehnološki velikani, kot so Alibaba, Tencent in ByteDance, ki iščejo alternative čipom za umetno inteligenco vodilne Nvidie.

Nvidia je lahko na Kitajsko zaradi izvoznih omejitev ZDA izvažala le manj zmogljive čipe H20, dokler ni lani kitajska vlada prepovedala tudi tega in s tem podprla Huawei. Državi se še nista uspeli uskladiti glede izvoza čipov H200, ki so druga najbolj zmogljiva linija za paradnimi H100. Glavni izvršni direktor Nvidie Jensen Huang je nedavno dejal, da je podjetje kitajski trg v veliki meri že prepustilo Huaweiju.

Čipi Ascend 950, ki jih uporablja DeepSeek V4 naj bi bili bolj zmogljivi od čipov H20 in manj zmogljivi od H200, poroča Reuters. Kljub uspehu pa ima Huawei težave z omejeno proizvodnjo, ki ne dosega ravni povpraševanja, saj se težko dokoplje do napredne opreme za proizvodnjo.

Kraljica čipov

He se je v kitajskih tehnoloških krogih prijel vzdevek “kraljica čipov”. Pri Huaweiju dela že trideset let: leta 1996 se je v podjetju zaposlila kot inženirka po pridobitvi dvojne diplome iz fizike polprevodnikov in inženirstva v telekomunikacijah ter magisterija na pekinški univerzi za pošto in telekomunikacije.

Leta 2003 ji je ustanovitelj Huaweija Ren Žengfej zaupal razvoj hišnih čipov s proračunom 400 milijonov dolarjev. Leto kasneje je bila ustanovljena hčerinska družba HiSilicon za ta namen, He pa je postala njena predsednica. V letih, ki so sledila, je majhna razvojna enota postala laboratorij za snovanje čipov z enim najširših produktnih portfeljev na svetu, od procesorjev za omrežja 5G do čipov za umetno inteligenco in pametne telefone.

Danes je He tudi direktorica Huaweijevega znanstvenega odbora. Poleg tega sedi v 17-članski upravi kitajskega velikana – Huawei je lani ustvaril 881 milijard juanov prihodkov ali 111 milijard evrov – kot ena od le dveh žensk. Druga je Meng Vanžov, hči ustanovitelja podjetja.

Če se bo “nova pot za polprevodnike v praksi”, kot je bil naslovljen nagovor He na simpoziju, izkazala za koristno načelo, bo pokazal čas. Po podatkih Huaweija novi čip Kirin s tehnologijo LogicFolding že dosega 53 odstotkov večjo gostoto tranzistorjev kot predhodnik, kar bi po navedbah podjetja zahtevalo tri leta razvoja geometričnega manjšanja.