Jak pobudzić amerykański przemysł układów scalonych

W ustawie CHIPS przeznaczano 11 mld dolarów na prace badawczo-rozwojowe w dziedzinie produkcji chipów. Ale to nie wystarczy, jeśli nie dokona się zmian w zakresie innowacji i partycypacji H.-S. PHILIP WONG

WYPRODUKOWANIE nowej generacji chipów komputerowych wymaga wielostronnego wysiłku porównywalnego z przygotowywaniem wykwintnego posiłku na skalę przemysłową. Potrzeba najlepszych składników, techniki i narzędzi oraz oczywiście najbystrzejszych umysłów, aby stworzyć coś przełomowego. Gdy w kuchni zabraknie choćby jednego z tych elementów, posiłek nie spełni oczekiwań.

Departament Handlu Stanów Zjednoczonych wkrótce urządzi swego rodzaju ucztę, przeznaczając 11 mld dolarów na badania i rozwój w ramach CHIPS and Science Act, aby pobudzić pozostający w zastoju amerykański przemysł produkcji układów scalonych. Obecnie USA produkują zaledwie 12% chipów w skali całego świata. Uchwalając CHIPS, rząd federalny wyraził śmiałe pragnienie powrotu do czołówki producentów chipów. Pomiędzy chęciami a działaniami istnieje jednak głęboka przepaść. Nie będzie łatwo ją pokonać.

Ustawa CHIPS obiecuje spore środki, jednak same liczby nie gwarantują jeszcze sukcesu. Produkcja chipów to niewiarygodnie wręcz precyzyjny, trudny i kosztowny biznes. Doprowadzenie do tego, by Stany Zjednoczone znalazły się wśród wiodących producentów na świecie, będzie wymagało innowacji i współpracy na ogromną skalę.

Obniżenie barier dla partycypacji i finansowania ma kluczowe znaczenie dla powodzenia przyszłości amerykańskiej branży półprzewodników. Globalny przemysł układów scalonych o wartości prawie 600 mld dolarów produkuje ponad bilion chipów rocznie, które trafiają niemal do wszystkiego – od samochodów po ekspresy do kawy. Podejście „więcej znaczy lepiej” stworzyłoby dynamiczną i szybko rozwijającą się sieć innowacji, która pozwoliłaby na dokonywanie przełomowych odkryć niezbędnych do rozkwitu technologii.

Do tej pory wiele uwagi poświęcano największym graczom

w branży, którzy często charakteryzują się słabą dynamiką. Stany Zjednoczone rozwijają się dzięki wynalazkom, lecz wielu najbardziej kreatywnym umysłom w mniejszych firmach i na uniwersytetach stoją na przeszkodzie wysokie koszty prac badawczo-rozwojowych, a także brak dostępu do drogich narzędzi i linii produkcyjnych (często nazywanych „fabami”) niezbędnych do wyprodukowania prototypów. Jak powie każdy, kto prowadzi wytworną restaurację, nie stworzysz niczego przełomowego, jeśli nie masz kuchni, w której możesz gotować.

Stany Zjednoczone mogą wykorzystać te fundusze badawczo-rozwojowe na dwa sposoby. Mogą powrócić do podejścia „restaurator-celebryta”, stawiając na kilka wielkich nazwisk i mając nadzieję na magiczny przełom – to propozycja co najmniej ryzykowna. Albo też zbudować więcej kuchni i zaprosić więcej kucharzy, by przystąpili do gotowania, finansując przy użyciu mniejszych środków najbardziej innowacyjne umysły, aby stworzyć sieć wspólnymi siłami realizującą postęp w produkcji chipów, gdzie liczy się jakość usmażonego steku, a nie samo jego skwierczenie na patelni.

Zatem, po pierwsze, będziemy potrzebować większej liczby kuchni. Musimy zbudować wspólne ośrodki eksperymentalne, w których pracować będą naukowcy z przemysłu i kręgów akademickich. Takie środowisko umożliwiałoby powstawanie zespołów badawczych jednoczących najlepszych inżynierów we wspólnym celu i pozostawałoby otwarte dla innowatorów z całego kraju. Te centra technologiczne mogą obejmować zarówno ulepszone faby uniwersyteckie (zakłady produkcji półprzewodników) prowadzone przez doświadczonych inżynierów, jak i zakłady produkujące na skalę przemysłową, które wykazywałyby rzeczywistą wartość nowych pomysłów.

Po drugie, musimy zbudować „cyfrowe bliźniaki” – modele obliczeniowe, które mogą emulować całe procesy

H.-S. Philip Wong jest profesorem w School of Engineering na Stanford University.

produkcyjne, w tym specyfikę ich narzędzi i warunków. Pozwolą one naukowcom szybko ocenić opcje i przyspieszyć odkrywanie nowych technologii, procesów i urządzeń. Operujące na dużych ilościach danych modele sztucznej inteligencji mogłyby pomagać ludziom w dostrajaniu precyzyjnych procesów produkcyjnych i automatycznie wykrywać anomalie zdarzające się podczas produkcji, aby poprawić jej wydajność i jakość. Takie cyfrowe modele będą przepustką Ameryki do przywództwa w zakresie technologii półprzewodników i strategii produkcyjnych, które nie są uzależnione od ludzi podejmujących decyzje na podstawie arkuszy kalkulacyjnych.

Nieodłącznym elementem tej wizji jest kluczowa rola udostępniania danych. Ośrodki o otwartym dostępie byłyby połączone w ogólnokrajową sieć, aby umożliwić swobodną dystrybucję danych wśród całej społeczności przy jednoczesnej ochronie informacji zastrzeżonych. Wpływ cyfrowych bliźniaków rósłby wykładniczo wraz z rozwojem społeczności badawczej i wzrostem innowacyjności.

Ostatecznie taka sieć obniżyłaby koszty prac badawczo-rozwojowych dla wszystkich graczy, zmniejszając ryzyko i pozwalając szybciej wprowadzić nowe pomysły na rynek. Wspólne środowisko prototypowania napędzałoby produkcję wszelkiego rodzaju chipów – układów logicznych, kości pamięci, pamięci masowych i specjalnego przeznaczenia – tak jak dobrze wyposażona kuchnia może przygotować różnorodne dania w ciągu jednego wieczoru.

W całym tym dyskursie pomija się jednak jeszcze jeden krytyczny czynnik sukcesu – kwestię wyszukiwania talentów. Łatwiejszy dostęp nic nie znaczy, jeśli nie mamy wysoko wykwalifikowanych kucharzy chętnych do pracy w kuchni. Musimy dbać o oparcie branży na zdrowych zasadach z odpowiednimi zarobkami wspierającymi rozwój kariery, atrakcyjnymi warunkami pracy i zachowaniem równowagi między życiem zawodowym a prywatnym, aby przyciągnąć kolejne pokolenie inżynierów. Takie talenty nie rosną na drzewach; zdobycie tytułu doktora przez absolwenta szkoły średniej zajmuje dekadę lub więcej. Jeśli chcemy być częścią wiodącej branży za 10, 20, 30 lub 100 lat, musimy zacząć rekrutować i szkolić nowe talenty już teraz.

Ustawa CHIPS jest świadectwem wysokich aspiracji. Odzyskanie pozycji światowego lidera w produkcji układów scalonych nie będzie łatwe, niemniej jest w zasięgu ręki dla narodu tak zdolnego i zmotywowanego, jak Amerykanie. Doprawdy trudno o prostszy przepis – należy stworzyć otwarty i oparty na współpracy ekosystem; dać ludziom do rąk najnowocześniejsze narzędzia; umożliwić wszystkim partycypację i dzielenie się danymi. Wtedy będzie można delektować się wyśmienitym daniem przyrządzonym w fabach. Bon appétit! ■