Ерата на чиповете е напът да приключи

Намираме се в ерата на микрочиповете, обещаваща нова индустриална революция, която ще приложи изкуствения интелект в почти цялата човешка дейност, пише Wall Street Journal.

Пример за възхода на тази епоха е Nvidia Corp. Пазарната ѝ капитализация от около 5 трлн. долара я прави най-ценната компания в света. Дженсън Хуанг, основателят и главен изпълнителен директор на Nvidia, миналата седмица смая публиката на конференцията за изкуствен интелект във Вашингтон. В обръщение Хуанг подробно описа напредъка, който чиповете на Nvidia са постигнали. Той благодари на президента на САЩ Доналд Тръмп за прехвърлянето на производството на чипове от Азия в САЩ чрез нови политики.

Най-новите чипове на Nvidia са обвити в пластмасови корпуси и наподобяват мравка или бръмбар с медни жици като крака. Всеки чип съдържа до 208 милиарда транзисторни ключа и струва около 30 000 долара. Сега тези чипове не действат независимо като централния процесор във вашия лаптоп. Вместо това, обединени от хиляди и дори милиони бройки в центровете за данни, те функционират като един-единствен „хипермащабен“ компютър, чието колективно мислене се приема като изкуствен интелект.

Най-големият център за данни в света е Colossus 2 в Мемфис, Тенеси, двигателят на стартъпа на Илон Мъск xAI. Като база на модела Grok и автономните коли, Colossus 2 интегрира приблизително един милион чипа на Nvidia в един огромен компютър.

„Чипът“ е завладял умовете на хората от настоящето до такава степен, че дори производителите на нови устройства наричат ​​потенциалния му наследник „суперчип“. Но новото устройство всъщност е противоположност на чипа, лишен от отделни процесорни блокове или памет в пластмасови корпуси с телени „крачета“.

Правителството на САЩ смята чиповете за жизненоважни и стратегически. Законът за чиповете от 2022 г. предостави над 200 млрд. долара в подкрепа на производството на чипове в страната и за осигуряване на независимостта ѝ спрямо Китай. Чиповете оформят външната политика на САЩ спрямо страни като Нидерландия, дом на ASML, производител номер едно на инструменти за производство на чипове, до Тайван и неговия основен конгломерат в сектора Taiwan Semiconductor Manufacturing Co. (TSMC). Последният държи над 95% пазарен дял от доставките на най-модерните чипове, които намират приложения в мобилните телефони и други видове оборудване.

Чрез блокиране на китайския пазар на чипове, където се намират по-голямата част от инженерите в областта на полупроводниците, индустриалната политика на САЩ възпрепятства американските производители на оборудване за производство на пластини – от съществено значение за производството на чипове – без да успее да забави възхода на Китай. Вследствие на тези протекционистки политики, стартирани около 2020 г., производството на капиталово оборудване за полупроводници в Китай се е увеличило с 30% до 40% годишно, в сравнение с годишния растеж от около 10% в САЩ.

Тази промяна отразява ефекта от забраната на САЩ, въведена през май 2019 г., както и тази върху телекомуникационното оборудване, произведено от китайския концерн Huawei. Забраната сви стойността на доставките на американските компании до Huawei с 33 млрд. долара между 2021 и 2024 г., докато глобалният пазарен дял на производителя се увеличи.

Индустриалните политики и протекционизмът почти винаги облагодетелстват съществуващите индустрии, изправени пред „технологично остаряване“. В това отношение Законът за чиповете и свързаните с него забрани и мита не се различават от субсидиите за етанол в бензин или за захарно цвекло в Луизиана или от сегашните субсидии за добив на редкоземни елементи във време, когато редкоземните елементи могат да бъдат добивани от електронни отпадъци, използвайки нова технология, разработена в САЩ. Всички усилия за спасяване на производството на чипове в страната се правят на фона на неоспорими предзнаменования за края на тази технология.

Признаците са ясни при физиката на ключовата машина, която определя и ограничава размера и плътността на чиповете. Някои я наричат ​​„Екстремна машина“. Най-новата версия, произведена от ASML, извършва екстремна ултравиолетова литография с висока числена апертура. Ако не сте китаец, можете да си купите такава машина за около 380 млн. долара. Досега са продадени приблизително 44 броя. Една се предлага в около 250 кашона и сглобяването ѝ отнема половин година, като е нужно участието на стотици специализирани инженери. Директорът по анализа в IBM Дарио Гил я нарича „най-сложната машина в света“.

Екстремната машина е вид камера. Тя проектира светлина върху това, което може да се нарече „филм“ или „фоторезист“ на повърхността на 30-сантиметрови силициеви пластини чрез кварцово-хромирана фотомаска, оформяща дизайна на чипа.

Всичко, което се случва в „Екстремната машина“, се управлява от физичните закони и инженерните ограничения, обобщени като ограничение на размера. Последното определя размера на чиповете, който от своя страна определя гранулираността на изчисленията на изкуствения интелект (ИИ). По този начин ограничението на размера определя колко графични процесори трябва да бъдат свързани, за да изпълнят дадена задача с ИИ. След определена точка – приблизително 800 квадратни милиметра – законите за светлината и скоростта на светлината забраняват по-големи дизайни.

Можете да видите ефектите от ограничението на размера в растящата сложност на огромните центрове за данни, дефинирани от Nvidia. Резултатът – по-малки, по-плътни чипове и „чиплети“ – е по-голяма нужда от окончателна реинтеграция на процесите за кохерентни резултати. Калкулацията първо трябва да бъде разпределена между много чипове, след което да бъде прекомпилирана. Ефектът е повече комуникационен разход между чиповете, изискващи все по-сложни корпуси, все повече кабели и оптични връзки.

Резултатът от неумолимото ограничение на размера е краят на чиповете. Какво следва? Модел на интеграция в мащаб на пластина, който напълно заобикаля чиповете. Илон Мъск е пионер при тази концепция по отношение на Tesla и вече изоставения компютърен проект Dojo.

Базираната в Калифорния Cerebras използва концепцията в своя процесор Wafer-Scale Engine (WSE) с размер на пластина. WSE-3 може да се похвали с около четири трилиона транзистора - 14 пъти повече от тези в чипа Blackwell на Nvidia - със 7 хил. пъти по-голяма памет с висока честотна лента. Cerebras е записала паметта директно върху пластината, вместо да я разположи в отдалечени чипове и чиплети в лабиринти от памет. Така компанията е намалила размера на един център за данни до малка кутия с 64 трилиона транзистора.

Дейвид Лам, основател на Lam Research Corp., третата по големина компания за оборудване за производство на пластини в света, също работи върху бъдещето на тази технология. През 2010 г. Лам основава Multibeam Corp., която създава машина, извършваща многоколонна електронно-лъчева литография. Технологията позволява на производителите да заобиколят ограничението на размера. Multibeam вече демонстрира способността си да гравира 8-инчови пластини.

Ерата след чиповете, с центрове за данни в кутия, с процесори с размер на пластини, наближава.