Ενίσχυση της Αμερικανικής Παραγωγής Ημιαγωγών – Το Κλειδί για Ηγεσία στο AI

Για τις τελευταίες vài εβδομάδες, τα заголовια έχουν κραζουν για την επικείμενη απειλή και τον πιθανό αντίκτυπο των Αμερικανικών εισαγωγικών δασμών που επιβάλλονται στους ημιαγωγούς. Αλήθεια, δεν πιστεύω ότι η εφαρμογή αυτών των δασμών θα συμβεί ποτέ, επειδή θα οδηγούσε σε τόσο σημαντική διακοπή της αλυσίδας εφοδιασμού, οι άσχημες επιπτώσεις των οποίων είναι ακόμη πολύ φρέσκα στη μνήμη μας από τον COVID-19. Ποιος μπορεί να ξεχάσει τις δεκάδες χιλιάδες μη ολοκληρωμένα αυτοκίνητα που έμειναν στραμμένα στις αποθήκες των αυτοκινητοβιομηχανιών. Βέβαια, κανείς δεν θέλει μια επανάληψη αυτού!

Είπαμε, πιστεύω ότι ακόμη πρέπει να γίνει μια προσπάθεια για να ενισχυθεί η Αμερικανική οικονομία και οι Αμερικανικές επιχειρήσεις στην περιοχή της παραγωγής ημιαγωγών, και αποδοκώ αυτές τις προσπάθειες. Εδώ, θα εξετάσουμε γιατί αυτή η αυτοεξάρτηση είναι τόσο σημαντική, ιδιαίτερα σε σχέση με την ικανότητα της Αμερικής να διατηρήσει την ηγεσία της (η οποία είναι στενή) στην τεχνητή νοημοσύνη (AI).

Ο Αγώνας της Τεχνητής Νοημοσύνης είναι, στην Κορή του, Ένας Αγώνας Ημιαγωγών

Οι ημιαγωγοί είναι απαραίτητοι για την τροφοδότηση των διακομιστών που εκπαιδεύουν τα μοντέλα AI, επειδή η εκπαίδευση αυτών των μοντέλων απαιτεί μια εξειδικευμένη δύναμη που μόνο οι ημιαγωγοί (αντί για τους παραδοσιακούς επεξεργαστές) μπορούν να προσφέρουν. Εκτιμάται ότι μέχρι το τέλος του έτους, οι ημιαγωγοί που σχετίζονται με την AI θα αντιπροσωπεύουν 19% της συνολικής αγοράς ημιαγωγών παγκοσμίως, μια σημαντική αύξηση από το 7% που είχε το 2017.

Η αυξημένη εξάρτηση από τους ημιαγωγούς για την AI σημαίνει ότι όσο λιγότερο η Αμερική εξαρτάται από ξένες οντότητες για την εφοδιασμό ημιαγωγών, τόσο το καλύτερο. Όσο ο παγκόσμιος αγώνας της AI θερμαίνεται, η εγχώρια παραγωγή ημιαγωγών προσφέρει σημαντικά οφέλη, όπως η ενίσχυση της οικονομικής και εθνικής ασφάλειας, καθώς και την τεχνολογική ανεξαρτησία. Τώρα, υπάρχει ένα νομοσχέδιο που περνά από το Κογκρέσο με το όνομα “Νόμος για την Ασφάλεια της Εφοδιασίας Ημιαγωγών του 2025“, το οποίο έχει διπαρτιτικό στήριξη και στοχεύει στην μείωση της εξάρτησης από τις αβέβαιες ξένες αλυσίδες εφοδιασμού.

Πώς το Κάνουμε;

Σε απάντηση στην απειλή των πιθανών Αμερικανικών εισαγωγικών δασμών, πολλοί έχουν εκφράσει ανησυχίες ότι η Αμερική, στην τρέχουσα της κατάσταση, δεν είναι εξοπλισμένη να χειριστεί την εκρηκτική ζήτηση ημιαγωγών που οδηγείται από την γεννητική AI και την κατασκευή κέντρων δεδομένων AI. Οι επιχειρηματικές χρήσεις της AI, όπως η κωδικοποίηση και η ανάπτυξη λογισμικού, είναι ιδιαίτερα σε κίνδυνο. Οποιαδήποτε διακοπή στην πρόσβαση των ημιαγωγών θα μπορούσε να προκαλέσει einen κυματικό эфφέκτo σε εξαρτημένες εφαρμογές, συμπεριλαμβανομένης της AI και των κατωτέρω αγορών όπως τα αυτόνομα οχήματα, η υπολογιστική στα όρια και η ρομποτική.

Η ικανότητα της Αμερικής να οδηγήσει την καινοτομία σε βιομηχανίες που εξαρτώνται από τους ημιαγωγούς, συμπεριλαμβανομένης της AI, θα απαιτήσει μια επιτάχυνση της ανακάλυψης υλικών. Ο “παλιός τρόπος” της ανακάλυψης και υιοθέτησης υλικών ήταν συνήθως συγκεντρωμένος σε ξένες βιομηχανίες και περιελάμβανε πολλαπλά βήματα όπως φωτολιθογραφία, ελάττωση, απόθεση και καθαριστικές αίθουσες. Αυτό μπορεί να είναι một αργό και ακριβό διαδικασία, οδηγώντας σε μακρές κύκλους σχεδιασμού και σημαντική σπατάλη υλικών.

Για να καλύψουμε καλύτερα την εγχώρια ζήτηση ημιαγωγών, η Αμερική πρέπει να επωφεληθεί από τις προόδους στο σχεδιασμό των ημιαγωγών, μια τεχνική είναι η απευθείας τοπική ατομική στρώση. Αυτή είναι μια ψηφιακή, ατομικά ακριβής διαδικασία κατασκευής που χτίζει συσκευές απευθείας από άτομα, εξαλείφοντας την ανάγκη για τα πολλά βήματα που εμπλέκονται στη παραδοσιακή διαδικασία κατασκευής, ενώ μειώνει την πολυπλοκότητα και τη σπατάλη. Προσφέρει απαράμιλλη ευελιξία και ακρίβεια για το σχεδιασμό και την πρωτοτυποποίηση μιας ευρείας ποικιλίας μικροσυσκευών, συμπεριλαμβανομένων των ημιαγωγών AI.

Με την ενεργοποίηση της ατομικής ακρίβειας και του ελέγχου στη διεργασία υλικών, τεχνολογίες όπως η απευθείας τοπική ατομική στρώση μπορούν να επιταχύνουν σημαντικά τους κύκλους σχεδιασμού και πρωτοτυποποίησης, βοηθώντας να βρεθούν νέα υλικά ή συνδυασμοί υλικών που μπορούν να ικανοποιήσουν τις αυξανόμενες ανάγκες υπολογισμού της AI.

Αύξηση της Εγχώριας Παραγωγής ενώ Διατηρούμε την Εξάρτηση από την Περιβαλλοντική και Ανθρώπινη Υγεία

Ως ένα επιπλέον (και όχι αμελητέο) όφελος, οι νέες τεχνικές μπορούν επίσης να μειώσουν δραματικά την περιβαλλοντική επιρροή της παραγωγής ημιαγωγών. Μέχρι σήμερα, η βιομηχανία αυτή έχει αντιμετωπίσει ένα σοβαρό δίλημμα λόγω του υπερμεγέθους περιβαλλοντικού αποτυπώματος, συμβάλλοντας σημαντικά στις εκπομπές αερίων θερμοκηπίου, την κατανάλωση νερού και τη χημική σπατάλη, ιδιαίτερα τις τοξικές “αέναες” χημικές ουσίες που ονομάζονται PFAS. Αυτές είναι χημικές ουσίες που ρυπαίνουν το νερό, δεν διασπώνται και παραμένουν στο περιβάλλον (και στους ανθρώπους!) για δεκαετίες.

Δεν είναι τυχαίο ότι πρόσφατες ομοσπονδιακές ενέργειες όπως ο Νόμος για την Κατασκευή Ημιαγωγών στην Αμερική και ο Νόμος CHIPS έχουν αναrais σημαντικές περιβαλλοντικές ανησυχίες. Με την μείωση του χρόνου που απαιτείται για το σχεδιασμό, την πρωτοτυποποίηση και την κατασκευή των ημιαγωγών – και την εξάλειψη της ανάγκης για χημικά-εντατικά περιβάλλοντα καθαρισμού – οι νέες τεχνικές μπορούν να είναι η απάντηση για την ικανοποίηση της ζήτησης και την κλιμάκωση με ευθύνη χρησιμοποιώντας εγχώριους πόρους, και χωρίς να συμβιβαστούν με την περιβαλλοντική και ανθρώπινη υγεία.

Εξασφαλίζοντας τους Συλλογικούς Πόρους της Αμερικής

Εκτός από την ανάπτυξη νέων τεχνικών κατασκευής, η Αμερική πρέπει να ενημερώσει την συνολική της προσέγγιση. Αυτό σημαίνει να μετακινηθεί από ένα μοντέλο που βασίζεται σε μια μικρή χούφτα δισεκατομμυρίων δολαρίων βιομηχανιών, σε μια που να αξιοποιεί τον πλούσιο και πλήρη οπλοστάσιο των ηγετικών πανεπιστημίων, startups και βιομηχανικών ερευνητικών εταιρειών για να συνεργαστεί, να επιταχύνει την ανακάλυψη και να υποστηρίξει ολόκληρη τη διαδικασία “lab-to-fab” (έρευνα, πρωτοτυποποίηση και κατασκευή). Αυτό μπορεί να επιτευχθεί ενώ διατηρείται ο έλεγχος των κοστών και η ενσωμάτωση των τεχνολογιών σε αυτές τις οργανώσεις.

Ματιά στο Μέλλον

Η σχέση μεταξύ της AI και των ημιαγωγών είναι πραγματικά συμφωνική. Όπως έχουμε αναφέρει, οι ημιαγωγοί είναι απαραίτητοι για την τροφοδότηση των διακομιστών που εκπαιδεύουν τα μοντέλα AI· από την άλλη πλευρά, η AI επιταχύνει σημαντικά την ανακάλυψη υλικών ημιαγωγών χρησιμοποιώντας τη μηχανική μάθηση για να προβλέψει τις ιδιότητες νέων υλικών και να επιταχύνει τη διαδικασία σχεδιασμού. Αυτή η προσέγγιση, γνωστή ως αντίστροφη σχεδίαση υλικών, επιτρέπει στους ερευνητές να σχεδιάσουν υλικά με συγκεκριμένες στόχους ιδιότητες, όπως η βελτιωμένη αγωγιμότητα, η ενεργειακή απόδοση και η βιωσιμότητα.

Η επιτάχυνση της ανακάλυψης νέων υλικών παραμένει μια από τις πιο δύσκολες προκλήσεις στην παραγωγή ημιαγωγών, αν και είναι ιδιαίτερα απαιτητική για τους ημιαγωγούς AI, καθώς η βιομηχανία αναζητά να αυξήσει συνεχώς την υπολογιστική δύναμη, την απόδοση και την ταχύτητα, ενώ μειώνει το μέγεθος των chip.

Ενώ η AI μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να προβλέψει τις ιδιότητες νέων, θεωρητικών υλικών, αυτές οι ανακαλύψεις έχουν παραδοσιακά ακόμη περιοριστεί από τον αργό ρυθμό της φυσικής επαλήθευσης. Οι νέες τεχνικές μπορούν να χρησιμοποιηθούν για να υποστηρίξουν την υψηλή-απόδοση πειραματισμού, βοηθώντας να κλείσει το χάσμα· επιτρέποντας ταχύτερη, πιο στοχευμένη ανάπτυξη υλικών, και τελικά ανοίγοντας το δρόμο για την επόμενη γενιά υλικών. Η συνδυαστική χρήση νέων τεχνικών όπως η απευθείας ατομική στρώση με τη δύναμη της AI έχει τη δύναμη να κάνει μαγικά, επιταχύνοντας δραματικά την ανάπτυξη ανακαλύψεων που δεν είχαν σκεφτεί ποτέ ότι ήταν δυνατές, όλες συγκεντρωμένες εντός των εθνικών συνόρων της Αμερικής.