50

Chiński problem z procesorami w nadchodzącej wojnie technologicznej

Epidemia koronawirusa i związane z nią wyhamowanie większości gospodarek spowodowało, że temat chińsko-amerykańskiego konfliktu ekonomicznego zszedł na dalszy plan. Jednak w miarę jak opada pandemiczny pył, coraz wyraźniej widać, że za chwilę czeka nas powrót walki i to jak się wydaje z wielokrotnie większą siłą, szczególnie ze strony Stanów Zjednoczonych. Wiadome jest, że przeniesienie większości masowej produkcji do Chin oraz opanowanie przez ten kraj sporej części źródeł, kluczowych dla elektroniki, metali ziem rzadkich, jest dla Stanów ogromnym problemem. Nie oznacza to jednak, że Chiny mogą czuć się bezpiecznie. Także oni mają swoją piętą achillesową w postaci uzależnienia od projektowanych i produkowanych za granicą procesorów.

To właśnie na tym polu Amerykanie mogą szybko doprowadzić Chiny do sporego kryzysu technologicznego. Co prawda przez ostatnie lata ich rząd pompował w tę branżę potężne ilości pieniędzy, ale ze względu na stopień skomplikowania tego rynku, chińskie firmy pod każdym względem są lata za głównymi rozgrywającymi. Co gorsza, w niektórych aspektach są całkowicie uzależnieni od zachodnich technologii, a zasypanie tych dziur nie jest łatwe i może potrwać całe lata.

Chińskie procesory już są

Na pierwszy rzut oka sytuacja nie wygląda tak źle. Na niektórych stronach technologicznych można od czasu do czasu natknąć się na testy procesorów o egzotycznie brzmiącej nazwie Zhaoxin, niektórym obiło się o uszy, że AMD weszło w kooperację z Chińczykami i sprzedało im niektóre ze swoich technologii, większość z Was spotkała się z bazującymi na licencji ARM procesorami Kirin, produkowanymi przez spółkę córkę firmy Huawei, HiSilicon. 

Co więcej, w Chinach są też producenci układów scalonych, w tym procesorów. Najbardziej znanym jest SMIC, posiadający około 5% udziałów w światowej produkcji półprzewodników. Szereg firm, w tym takie potęgi jak na przykład Alibaba projektuje układy typu RISC oparte o instrukcje RISC-V i MIPS. Dzięki rządowym dotacjom powstało w tej branży ponad 1000 startupów. Dlaczego więc, skoro jest tak dobrze, to jest tak źle?

Proces 14 nm w 2019 to duży problem

Największy producent półprzewodników jest w stanie produkować na masową skalę procesory w procesie litograficznym.. 28 nm. Pod koniec 2019 r. firma ogłosiła, że uporała się z problemami związanymi z przejściem na proces 14 m FinFET, ale produkcja tego typu układów może się odbywać na niewielką skalę. TSMC i Samsung produkują masowo układy w procesie 5 nm, a szykują się do ataku na 3 nm. Wszystkie dobre lub choćby przyzwoite chińskie procesory są produkowane na Tajwanie, głównie przez TSMC.

Co gorsza, żeby móc dogonić konkurencję na tym polu, konieczny jest zakup i wdrożenie wysoce specjalizowanych maszyn produkowanych głównie przez holenderską firmę ASML. Jak ostatnio ujawnił jej przedstawiciel, w Chinach nie ma obecnie zainstalowanej ani jednej nowoczesnej linii umożliwiającej produkcję w procesie choćby 7 nm, jedna jest dopiero w trakcie realizacji zamówienia. Przy czym zakup tych urządzeń to dopiero początek drogi, wdrożenie nowych rozwiązań z nią związanych, to bardzo trudny i długotrwały proces. Chińczycy co prawda już jakiś czas temu zaczęli podkupywać tajwańskich pracowników z tej branży, podobno wyciągnięto już  ponad 3000 inżynierów, ale nawet z nimi przygotowanie procesów mogących konkurować z największymi i najbardziej zaawansowanymi może zająć lata. Oznacza to, że w najbliższym czasie Chiny dalej będą skazane na produkcję na Tajwanie, na który Amerykanie mogą wywrzeć odpowiedni nacisk i zmusić od zakończenia współpracy. 

Problemy z licencjami

To oczywiście nie koniec problemów, zarówno procesory x86, jak i ARM są objęte szeregiem patentów i korzystanie z nich, szczególnie na rynku międzynarodowym może być utrudnione. Na dziś procesory x86 Zhaoxin bazują na licencjach tajwańskiego wspólnika, czyli firmy Via (która z kolei kupiła Cyrixa). Nie wiadomo jak wyglądają umowy pomiędzy partnerami, czy licencje są odnawialne, jak wygląda sprawa praw, w przypadku ewentualnego jednostronnego zerwania współpracy, ale nawet dziś te procesory są daleko z tyłu za konkurencją. 

Aktualnie produkowana seria ma o ponad połowę słabszą wydajność na rdzeń, w efekcie czego ich ośmiordzeniowy procesor z serii KX-6000 jest w stanie stanąć w szranki z co najwyżej czterordzeniowymi Intelami i AMD sprzed kilku lat. Oczywiście pod względem zużycia prądu wypadają jeszcze gorzej. Nowoczesna i dorównująca konkurencji seria 7000 jest zapowiedziana na 2021 r., ale po pierwsze nie wiadomo czy terminy zostaną dotrzymane, a  po drugie ich produkcja w 7 nm procesie musi odbywać się na Tajwanie. 

Słynne joint-venture z AMD, nie dość, że bazuje na starszej architekturze Zen 1, to główne elementy tych procesorów były produkowane przez amerykańskiego GlobalFoundries a w Chinach tylko je „wykańczano”. Inżynieria wsteczna teoretycznie mogłaby umożliwić wznowienie ich produkcji, ale na pewno nie szybko i nie tanio. Skala problemów, jakie stanęłaby przed kimś, kto chciałby się za takie coś porwać, jest na tyle duża, że czyni całą operację zupełnie nieopłacalną.

W przypadku architektury ARM, dzięki HiSilicon Chińczycy nie mają się czego wstydzić, ale jednocześnie już dziś wiadomo, że licencje na nowe rodzaje rdzeni nie zostaną Chińczykom udostępnione . (autorowi gdzieś umknęła informacja, że dział prawny ARM się postawił Amerykanom, więc HiSilicon powinien otrzymać licencję na v9, chyba że Trump wyciągnie cięższe działa). Ich produkcja, podobnie jak w przypadku x86 odbywa się poza krajem i odpowiada za nią TSMC. Oczywiście opłacone licencje nie znikną, ale rozwój procesorów Kirin zostanie zastopowany. Ewentualnie Chińczycy mogliby rozwijać je na własną rękę, dodając nowe instrukcje i rozwiązania na własną rękę, ale oznaczałoby to problemy z kompatybilnością, a nie wiadomo czy nie łamałoby umów z ARM. O ile mogłoby to podratować sytuację na domowym rynku, sprzedaż do Europy byłaby już mocno utrudniona lub niemożliwa. Nie wiadomo też, jak wyglądałaby sytuacja z Androidem, nawet w wersji ASOP, w takiej sytuacji. 

Cześć specjalistów sądzi, że te wszystkie problemy mogą spowodować, że Chiny postawią na rozwój open-source’owej architektury RISC-V, której użycia i rozwoju Amerykanie nie są w stanie skutecznie torpedować. Tyle że taka operacja oznacza wywrócenie wszystkiego do góry nogami. Konieczność stworzenia i wypromowania własnych systemów na niej opartych, spowoduje niekompatybilność takich produktów ze wszystkimi popularnymi dziś ekosystemami. Nawet jeśli od strategicznej strony ma to sens, znów jest to operacja obliczona na lata i nie uratuje sytuacji w najbliższym czasie. 

Narzędzia do projektowania w amerykańskich rękach

To jednak ciągle nie koniec złych wiadomości dla Chin. Sam proces projektowania procesorów odbywa się na bardzo specjalizowanym oprogramowaniu typu EDA. Tak się składa, że wszystkie największe firmy dostarczające tego typu narzędzia pochodzą ze Stanów Zjednoczonych. Synopsys, Cadence oraz Mentor Graphics trzymają w garści 95% tego rynku i tylko oni są w stanie zapewnić efektywność tego procesu w przypadku projektowania tak zaawansowanych konstrukcji, jakimi są dzisiejsze procesory. Oczywiście wszystkie firmy już otrzymały zakaz współpracy z podmiotami z listy Trumpa, co oznacza, że taki HiSilicon nie otrzyma już żadnego uaktualnienia, które może być niezbędne  na przykład do zaprojektowania układów na nowy proces technologiczny np. 3 nm.

Oprogramowanie tego typu jest też bardzo trudne do napisania od zera, wszystkie trzy firmy od lat ściśle współpracują z producentami typu TSMC, optymalizując swoje narzędzia do stosowanych w danym procesie metod produkcji. Przygotowanie efektywnych rozwiązań bez takiego zaplecza będzie oczywiście drogą przez mękę. Chińczykom na chwilę obecną pozostaną stare licencje lub piractwo, przy czym ta ostatnia droga ułatwi Amerykanom atakowanie chińskich produktów na międzynarodowym rynku. 

Perspektywy

Chiński rząd był świadom tych problemów już kilka lat temu, stąd w programie „Made in China 2025” przeznaczono na rozwój tej branży ogromne środki. Gdyby nie konflikt ze Stanami Trumpa, być może udałoby im się w miarę szybko nadrobić stracony czas. W warunkach wojny gospodarczej, będzie to bardzo trudne, a kluczowym aspektem dla uniknięcia katastrofy będzie możliwość produkcji procesorów u tajwańskich potentatów. Ci ostatni nie mają ochoty zrywać kontaktów z kontynentalnymi firmami, ale Amerykanie mogą ich do tego zmusić.

Jeśli Stany zdecydowałyby się na frontalny atak, w pierwszym momencie, są w stanie cofnąć chińskie komputery w rozwoju o kilka lat i wyrzucić ich producentów z międzynarodowego rynku nawet bez sankcji. Nikt nie kupi smartfona z procesorem wykonanym w procesie 14 nm, ponieważ ten będzie niewydajny pod każdym względem. Chińczycy mogą liczyć tylko na to, że firmy spoza Stanów Zjednoczonych, takie jak ASML, ARM czy Siemens (kontrolujący Mentor Graphics) i ich rządy postawią się Amerykanom, podobnie jak uczynili to Brytyjczycy z Huawei i 5G. Pamiętajmy jednak, że podobne problemy nie dotyczą tylko procesorów, w kolejce mamy analogiczną sytuację z układami GPU, pamięciami… Chińskie przekleństwo „Obyś żył w ciekawych czasach” na pewno udowodni w najbliższych czasach swoją ponadczasową wartość.