În articolul de astăzi al rubricii CHANGE.WORLD vom discuta despre industria cipurilor. Nu, acest articol nu are legătură cu vaccinurile, și cine caută teorii conspirative legate de injectarea de cipuri odată cu vaccinul anti-COVID va trebui să se adreseze altor ‘surse’. Vom discuta despre micro-cipuri, dispozitivele electronice miniaturale care au devenit motorul revoluțiilor informatice și al tehnologiilor moderne de comunicații. Aplicațiile lor sunt omniprezente și felul în care ele sunt proiectate, locurile în care sunt asamblate și lanțul operațional care le aduce în final în produse industriale sofisticate sau bunuri de consum larg au devenit cheile progresului economic. Articolul de astăzi va încerca să descifreze câteva dintre secretele acestor procese puțin cunoscute publicului. Ca întotdeauna, comentarii, întrebările și provocările la discuție sunt binevenite.
Să începem cu o definiție și cu puțină istorie, amintind și onorând numele inventatorilor. Un cip (‘chip’ în engleza) sau microcip este o bucată de material semiconductor care conține un număr de circuite electronice integrate. Primele patente care stau la baza acestei tehnologii au fost înregistrate în 1959 de doi americani. Inginerul Jack Kilby de la Texas Instruments primea patentul american pentru miniaturizarea circuitelor electronice, iar fizicianul Robert Noyce de la Fairchild Semiconductor primea alt patent pentru un circuit integrat bazat pe siliciu. Noyce era unul dintre co-fondatorii companiei Fairchild (în 1957) și în 1968 avea să întemeieze firma Intel împreună cu Graham Moore. Primele aplicații ale cipurilor au fost militare – mai exact în sistemele electronice ale rachetelor nucleare. Au fost folosite pe scară largă și în programele spațiale americane, și se poate aprecia astăzi că au avut o contribuție esențială în câștigarea cursei spațiale spre Lună de către Statele Unite, furnizând un avantaj tehnologic decisiv față de Uniunea Sovietică, țară care nu poseda încă acea tehnologie. La începutul anilor ’70 tehnologia cipurilor a început să fie accesibilă și pentru aplicații comerciale. Astăzi sunt fabricate anual în lume peste un trilion (o mie de miliarde) de cipuri, deci peste 128 de cipuri pentru fiecare locuitor al planetei. Cipurile sunt prezente în obiecte pe care le folosim în fiecare zi de la telefoane mobile și carduri de credit până la contoarele de electricitate sau aparatele electrocasnice. Un automobil electric de exemplu folosește peste 3000 de astfel de dispozitive. Și nu, nu sunt prezente în vaccinuri, dar există aplicații medicale în care microcipurile sunt injectate sub piele, fie în scopuri de identificare, fie ca senzori pentru aplicații medicale specifice.
Cipurile complexe sunt construite din straturi suprapuse de materiale semiconductoare (de obicei, siliciu) acoperite de suprafețe metalice (de exemplu, aluminiu) care sunt construite, prelucrate și interconectate printr-un proces numit fotolitografie, care folosește substanțe chimice, gaze și lumină în condiții de maximă sterilitate. Unul dintre enunțurile celebre ale acestei industrii este ‘legea lui Moore’, în fapt o predicție făcută de inginerul american Gordon Moore în 1965 și revizuită cu un deceniu mai târziu, conform căreia numărul de tranzistoare pe cipurile de siliciu se dublează la fiecare aproximativ 24 de luni. Această prognoză empirică a fost confirmată în mod surprinzător de exact timp de patru decenii începând cu mijlocul anilor ’70. În ultimii ani, ea este pusă însă la încercare. Pe de-o parte, tehnologiile de fabricație au ajuns la dimensiuni de ordinul nanometrilor (a miliarda parte dintr-un metru), ceea ce se aproprie de limitele fizice ale tehnologiilor existente. Ritmul de dublare al densității de tranzistori pare să se rărească mai recent la o perioadă de trei ani, și este posibil să stagneze în jurul anului 2025. Pe de altă parte însă, apar noi tehnologii. Un domeniu care reprezintă o mare promisiune este fotonica. Fotonica folosește proprietățile luminii ca mediu de transmitere a informațiilor. Domeniul tehnologic emergent al optoelectronicii combină efectele cuantice ale luminii cu efectele magnetice ale materialelor semiconductoare. Un alt domeniu de studiu nou și promițător este cel al nanotehnologiei. Nanotehnologia funcționează în domeniul atomilor și moleculelor. Este o nouă dimensiune a fabricației care urmărește să creeze substanțe, materiale și procese noi și îmbunătățite. Cu nanotehnologia, oamenii de știință lucrează pentru a crea microcipuri viabile de mărimea moleculelor. Acestor tehnologii li se adaugă, desigur, și calculul cuantic menționat în câteva articole precedente ale rubricii, însă acesta implică o regândire a algoritmilor și proceselor informatice de bază, deci discuția, cel puțin pentru moment, trebuie purtată separat.
Să trecem în revistă, pe scurt, principalele direcții de dezvoltare și să enumerăm cei mai activi participanți și producători din industrie. De la început trebuie precizat că există două sectoare distincte, în care se petrec fenomene diferite și evoluții în direcții contrare. La nivelul concepției și producerii de procesoare complexe are loc o explozie de inventivitate și de inițiative legate de noi domenii de aplicație, cum ar fi medicina, jocurile pe rețea sau inteligența artificială. Arhitecturile acestor dispozitive complexe de calcul au oscilat în valuri cu o periodicitate cam de un deceniu între procesoare generice și cipuri specializate, în acest moment ultimele fiind cele care sunt ‘pe val’. Proiectanții urmăresc ca, în paralel cu creșterea densității circuitelor de bază, să îmbunătățească parametrii funcționali ai componentelor: viteza de execuție a instrucțiunilor, disiparea termică și consumul de energie care influențează direct timpul de viață al bateriilor care alimentează aceste circuite. Numele cel mai ‘fierbinte’ în aceasta industrie este Nvidia, firmă americană înființată în 1993, specializată în crearea de cipuri pentru inteligența artificială. De curând, Nvidia și-a anunțat intenția de a achiziționa cu suma de 40 de miliarde de dolari firma britanică Arm, sau mai exact firma ‘umbrelă’ ARM Holdings cu sediul la Cambridge. Pe lângă producția de cipuri cu o arhitectură specială care dă numele companiei, ARM este proprietara licențelor tehnologiilor de fabricație a unei mari părți a componentelor de bază ale telefoanelor mobile. Această tranzacție este în prezent investigată de forumurile regulatorii și anti-trust din Marea Britanie, fiind prima mare afacere de acest fel după Brexit. Aprobarea ei nu este considerată încă sigură, dar trebuie menționat faptul că ARM este deja proprietate străină Marii Britanii, fiind deținută de conglomeratul japonez Softbank. Nu este singura tendință din această ramură a industriei cipurilor. Două dintre marile corporații globale cu imense resurse financiare lucrează la proiectarea de cipuri specializate din resurse proprii – este vorba despre Apple, care produce deja cipuri pentru modelele noi de telefoane iPhone și intenționează să facă același lucru pentru calculatoarele Mac, și de Amazon care își proiectează noua generație de cipuri pentru centrele de date care sunt infrastructura serviciilor de ‘nori internetici’, cea mai lucrativă linie a lui Amazon, generatoare a peste 50% din venituri.
Cealaltă ramură a industriei de cipuri este cea a producției componentelor de bază. Tendința, aici, este contrară. Avem de-a face cu o consolidare care a dus ca, în două decenii, numărul firmelor producătoare să scadă de la 25 la 3. Cele trei sunt Intel, Samsung, originară în Coreea de Sud, și TSMC din Taiwan. Una dintre știrile cele mai spectaculoase ale ultimelor luni este demisia lui Bob Swan, directorul general executiv al lui Intel, după doar doi ani și jumătate în funcție. Îi ia locul Pat Gelsinger, care ocupase poziția similară la firma VMware, dar schimbarea este mai profundă, ea indicând ieșirea probabilă a firmei fondate de Robert Noyce din cursa pentru stăpânirea tehnologiei celei mai moderne, cea care va domina, probabil, piața în acest deceniu, cea cu straturi de 3 nm. Deci, dacă în domeniul proiectării arhitecturilor pentru aplicațiile viitoare asistam la o întărire a prezenței americane cu centrul ei tradițional din Silicon Valley, în cel al producției de bază tehnologiile avansate, vor fi dominante firmele din Asia.
Faptul că TSMC (Taiwan Semiconductor Manufacturing Company) este o firmă taiwaneză trebuie, cred, să ne facă să fim atenți la evoluțiile politice din Extremul Orient. TSMC se anunță a fi liderul tehnologiilor avansate, semnalând deja progrese în dezvoltarea generației următoare pentru cipuri cu straturi de 2nm. Spre deosebire de Intel și de Samsung, ea nu este implicată în proiectarea arhitecturii cipurilor, ceea ce îi permite să-și concentreze forțele pe procesele de producție, și să fie un furnizor neutru din punctul de vedere al aplicațiilor dispozitivelor bazate pe tehnologiile pe care le posedă. Pe de altă parte însă, faptul că este o firma din Taiwan o plasează în epicentrul unui posibil viitor conflict în care China ar încercă să-și revendice în mod asertiv suveranitatea pe care o declară asupra acestui teritoriu. Pe insulă sunt concentrate cam 20% din producția mondială de componente electronice și cam jumătate din cea bazată pe noile tehnologii de producție (sub 10 nm). Taiwan este însă o țară a cărei independență este recunoscută politic de puține alte tari ale lumii. Succesele ei recente atât în domeniul electronicii, dar și în cel al combaterii pandemiei au adus-o în centrul atenției și o prezintă ca un model alternativ chiar și pentru China însăși. Gigantul asiatic se confruntă cu propriile sale probleme. Embargoul american asupra importului și exportului de tehnologie chineză funcționează în dublu sens, și include interdicția de a livra firmelor chineze tehnologii de producție avansate și, mai recent, și produse bazate pe aceste tehnologii. Vânzările lui TSMC către firme chineze au scăzut cu 72% în 2020. Rămâne de văzut dacă administrația Biden va continua aceeași linie cu cea a administrației Trump, dar deocamdată nu au fost anunțate schimbări. China s-a angajat într-un program accelerat de recuperare a decalajului tehnologic în acest domeniu, punând la dispoziția centrelor de cercetare, universităților și a peste 50 de mii de firme înregistrate în aceasta ramură economică subsidii de peste 100 de miliarde de dolari, dar decalajul tehnologic este apreciat la a fi de 5 până la 10 ani. Importanța alianțelor dintre Statele Unite și Europa pe de-o parte, și Coreea de Sud și Taiwan de cealaltă parte devine esențială. La mijlocul și în a doua jumătate a secolului 20, când combustibilul principal care alimenta economia lumii era petrolul, ochii tuturor erau îndreptați spre Golful Persic și strâmtoarea Hormuz. În secolul 21, secolul în care prelucrarea datelor și viteza de circulație a informației sunt esențiale economiei și societății, atenția noastră va trebui să fie îndreptată spre mările și strâmtorile din jurul Chinei.
(Articolul a apărut iniţial in revista culturală ‘Literatura de Azi’ – http://literaturadeazi.ro/)