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计算机芯片的新“太空竞赛”

发布时间:2021/3/6
  硅芯片是当今许多重大技术故事的核心。
  没有它们,世界各地的汽车厂就停止了。现在,制造它们的技术被美国视为与中国进行贸易战的关键武器。而访问最新,最强大的版本将决定谁赢得了人工智能竞赛。
  在本周的Tech Tent播客中,我们研究了半导体行业,并试图回答有关芯片的五个重要问题。
  当前短缺的原因是什么?
  从美国的福特和通用汽车,到英国的本田,再到中国的电动汽车制造商尼奥:由于芯片短缺,主要的汽车公司不得不削减产量。为什么?
  好吧,这似乎是大流行的罪魁祸首,不断使关于芯片需求的所有预测都显得过时了。
  首先,随着数周的数字化转型历经数周之久,它对小工具的需求猛增。
  世界半导体协会首席执行官乔迪·谢尔顿(Jodi Shelton)表示:“多年来,我们一直在讨论通过家庭,5G,物联网和云工作。现在突然变成了现实。
  同时,新车销量下滑,汽车业高管取消了芯片定单。
  但是随后,意外的销售反弹使他们与芯片供应商措手不及。
  乔迪·谢尔顿(Jodi Shelton)表示,拥有“及时”供应链的汽车制造商与半导体行业抗衡,后者无法快速打开或关闭水龙头。
  “他们将不得不了解到,这实际上并不是它的工作方式。这些都不是现成的产品。”
  谁在制造最好的芯片?
  短缺已经使一件事变得很清楚:不再只有一种芯片。
  随着需求的变化,半导体行业的电力也随之变化。
  几十年来,英特尔(以其营销口号“ Intel Inside”)是许多人心中唯一的芯片制造商。
  但是,情况已不再如此。自由移动广播电台的分析师理查德·温莎说,世界在不断发展。
  他概述了两个趋势:使用芯片进行数据存储,以及图形芯片(GPU)的重要性日益提高,这不仅使游戏栩栩如生,而且在人工智能应用中也起着至关重要的作用。
  他指出了这个行业中的新超级大国,尤其是台湾台积电。
  他解释说:“在目前的时间点,TSMC是全球排名第一的尖端硅芯片制造商。”
  “它与英特尔完全不同。英特尔所做的是设计芯片;制造自己的芯片;然后出售这些芯片。台积电所做的就是为他人制造芯片。”
  建立芯片工厂-或众所周知的铸造厂-是一项非常昂贵的业务。理查德·温莎(Richard Windsor)告诉我们,用最先进的设备开设新的铸造厂可能要花费250亿美元(合180亿英镑)。
  芯片制造中最重要的公司是哪家?
  温莎先生还谈到了ASML的重要作用,该公司是有效地为最新,最小的硅芯片印刷机的唯一供应商。
  BBC的技术部门编辑我的同事Leo Kelion在去年的一篇文章中这样描述了“一家相对默默无闻的荷兰公司”。
  尽管不是家喻户晓的名字,但它的市值却高达1840亿欧元(约合2200亿美元; 1590亿英镑)。
  无论如何,ASML都非常喜欢该说明,以至于将其打印在员工的帽衫上。
  ASML的Jos Benschop说:“我们建立了木匠用来建造房屋的工具。”他解释了台积电,英特尔和三星等公司都是如何使用其设备的。
  该公司于1984年成立时,在芯片光刻市场上有10家大型公司。现在,它仅剩一个。
  “随着技术的掌握变得越来越困难,所需的投资也越来越大,那么优胜劣汰就可以了。越来越少的公司能够跟上。”
  但这意味着ASML陷入了中美之间的贸易战。在特朗普管理提上了荷兰政府的压力出售ASML技术暂停向中国客户。这似乎奏效了-设备的运送已延迟。
  为什么芯片在中美贸易战中发挥作用?
  随着中美在人工智能领域的至高无上的争夺战中,获得构建最新AI芯片的设备的使用成为了关键武器。
  乔治·W·布什总统的前顾问皮帕·马尔姆格伦(Pippa Malmgren)博士说,赌注与在另一场技术战:太空竞赛中一样高。
  “在地缘政治层面上的新太空竞赛是为了提高计算能力。谁能收集最多的数据并以最快的速度处理这些数据?这就是为什么中美双方(坦率地说,也是欧盟)都在量子技术上投入大量资金的原因计算机,速度非常快的超级计算机。所有这些东西都需要芯片。”她解释说。
  台积电(TSMC)的所在地台湾在这场战斗中处于前线。鉴于它为脱离中国独立而战,您可能会认为它会做美国想做的任何事情。
  但是马尔姆格伦博士警告说,事情并非如此简单:“中国资金大量投资于台湾。
  “而且我想,如果您要问,您能否摆脱台湾经济对中国的支持,答案是,这将是非常困难的。”
  自1960年代以来,芯片行业一直受摩尔定律的支配。该定律预测,随着制造商将越来越小的晶体管装到芯片上,计算机的能力将每两年翻一番。
  但是,鉴于晶体管现在是如此之小,我们可以期望这种模式继续下去吗?
  我问索菲·威尔逊(Sophie Wilson),他在1980年代在设计当今世界上最受欢迎的芯片Arm处理器中扮演了关键角色。
  她告诉我们,进步仍然是可能的,因为该行业一直在寻找新的方法来将更多的东西塞入更小的空间。
  她解释说:“我们已经到达路的尽头。每次到达路的尽头,都会有某种出路。”
  未来可能是3D。
  “在接下来的几年中,您将看到在三个维度上工作的东西。我们仍然可以通过在彼此之上构建越来越多的硅层来提高给定体积的密度。硅层非常薄,因此您可以将它们堆叠在一起。”她说。
  而且不要指望中国退出这场战斗。
  由于无法获得当前的芯片设备,中国政府将投入大量资金研究新方法,以期在芯片经济的下一个时代超越美国。肉食悖论:为何人们不想杀生却又吃肉?