Posílení výroby čipů v USA – klíč k vedení v oblasti umělé inteligence

Po několik týdnů jsou titulky novin plné hrozby a potenciálního dopadu uvalení dovozních cel na polovodiče ze strany USA. Podle mého názoru však tato cla nikdy nebude uplatněna, protože by to mělo za následek významné narušení dodavatelského řetězce, jehož negativní účinky jsou stále ještě příliš čerstvé v našich vzpomínkách z doby COVID-19. Kdo může zapomenout na desetitisíce nedokončených automobilů, které zůstaly odstavené na parkovištích výrobců automobilů. Určitě nikdo nechce, aby se něco podobného opakovalo!

Rovněž jsem přesvědčen, že by bylo prospěšné pro americké podniky a celou americkou ekonomiku, aby se staly více odolnými a soběstačnými v oblasti výroby polovodičů, a proto vítám tyto snahy. Zde se budeme zabývat tím, proč je tato soběstačnost tak důležitá, zejména pokud jde o schopnost USA udržet si (současnou úzkou) vůdčí pozici v oblasti umělé inteligence (AI).

Soutěž v oblasti AI je ve své podstatě soutěží v oblasti čipů

Polovodiče jsou nezbytné pro napájení serverů, které trénují modely AI, protože trénink těchto modelů vyžaduje specializovanou sílu, kterou mohou poskytovat pouze polovodiče (na rozdíl od tradičních procesorů). Odhaduje se, že do konce letošního roku budou polovodiče související s AI představovat 19 procent celkového trhu polovodičů na světě, což je významný nárůst oproti 7 procentům v roce 2017.

Zvýšená závislost na polovodičích pro AI znamená, že čím méně se USA spoléhají na zahraniční subjekty pro dodávky polovodičů, tím lépe. Když se globální soutěž v oblasti AI zahřívá, domácí výroba polovodičů nabízí významné výhody, jako je posílená ekonomická a národní bezpečnost, stejně jako technologická nezávislost. V současné době prochází Kongresem zákon nazvaný „Zákon o zajištění dodávek polovodičů“, který má bipartisanickou podporu a je zaměřen na snížení závislosti na nepředvídatelných zahraničních dodavatelských řetězcích.

Jak to děláme?

V reakci na hrozbu možných dovozních cel USA se mnozí obávají, že USA v současné době nejsou dostatečně vybaveny, aby zvládly rostoucí poptávku po polovodičích, která je poháněna generativní AI a výstavbou datových center AI. Obzvláště jsou ohroženy obchodní využití AI, jako je kódování a vývoj softwaru. Jakékoli narušení přístupu k polovodičům by mohlo vyvolat řetězovou reakci v závislých oblastech, včetně AI a následujících trhů, jako jsou autonomní vozidla, edge computing a robotika.

Schopnost USA pohánět inovace v oblastech závislých na polovodičích, včetně AI, bude vyžadovat urychlení objevování materiálů. „Starý způsob“ objevování a přijímání materiálů se obvykle soustředil v zahraničních továrnách a zahrnoval vícestupňové procesy, jako je fotolitografie, leptání, depozice a čisté místnosti. To může být pomalý a nákladný proces, vedoucí k dlouhým návrhovým cyklům a významnému plýtvání materiály.

Aby USA lépe uspokojily poptávku po polovodičích, musí využít pokroku v návrhu čipů, jedním z technik je přímá lokální atomová vrstevnatá zpracování. Jedná se o digitální, atomicky přesný výrobní proces, který staví zařízení přímo z atomů, eliminuje potřebu mnoha kroků zapojených do tradičního výrobního procesu, zatímco snižuje složitost a plýtvání. Nabízí bezprecedentní flexibilitu a přesnost pro návrh a prototypování široké škály mikrozařízení, včetně polovodičů AI.

Zvyšování domácí výroby při zachování závazku k ochraně životního prostředí a lidského zdraví

Jako další (a nikoli zanedbatelný) benefit mohou nové techniky také dramaticky snížit environmentální dopad výroby polovodičů. Do dneška tato průmysl čelil vážné dilematu kvůli své nadměrné environmentální stopě, přispívající významně ke skleníkovým plynům, spotřebě vody a chemickému odpadu, zejména toxickým „věčným chemikáliím“ známým jako PFAS. Tyto chemikálie znečišťují vodu, nerozkládají se a zůstávají v prostředí (a v lidech!) po desetiletí.

Využívání kolektivních zdrojů USA

Kromě nasazení nových výrobních technik musí USA aktualizovat svůj celkový přístup. To znamená opustit model silně offshore produkce a místo toho využívat bohatý arzenál předních univerzit, startupů a průmyslových výzkumných firem, aby spolupracovaly, urychlovaly objevy a podporovaly celý proces „lab-to-fab“ (výzkum, prototypování a výroba). To vše lze dosáhnout, zatímco náklady jsou drženy pod kontrolou a integrují se umožňující technologie přímo do infrastruktury těchto organizací.

Pohled do budoucnosti

Vztah mezi AI a polovodiči je skutečně symbiotický. Jak jsme již zmínili, polovodiče jsou nezbytné pro napájení serverů, které trénují modely AI; na druhé straně AI dramaticky urychluje objevování materiálů polovodičů, využívající strojové učení k předpovědi vlastností nových materiálů a urychlení návrhového procesu. Tento přístup, známý jako inverzní návrh materiálů, umožňuje výzkumníkům navrhovat materiály s cílenými vlastnostmi, jako je zlepšená vodivost, energetická efektivita a udržitelnost.

Urychlení objevování nových materiálů zůstává jednou z nejtěžších výzev ve výrobě polovodičů, ačkoli je to obzvláště náročné pro polovodiče AI, protože průmysl neustále pohání výpočetní výkon, efektivitu a rychlost, zatímco snižuje velikost čipu.

Pokudže AI může být použita k předpovědi vlastností nových teoretických materiálů, tyto průlomy byly tradičně stále omezeny pomalým tempem fyzické validace. Nové techniky lze použít k podpoře vysokovýkonné experimentace, což pomáhá uzavřít mezeru; umožňující rychlejší, cílenější vývoj materiálů a nakonec odemykající další generaci materiálů. Kombinace nových technik, jako je přímá atomová vrstevnatá zpracování, s mocí AI má sílu učinit kouzla, dramaticky urychluje vývoj průlomů, které dříve nebyly považovány za možné, vše centralizované v rámci vlastních národních hranic USA.