Taipei, Taiwan – Kina står overfor en brattere stigning for å forbigå USA og dets allierte innen halvledere når Washington øker tiltakene for å begrense Beijings evne til å produsere avanserte brikker og sikre dominans over den strategiske teknologien.
I forrige uke begrenset Washington salget til Kina av utvalgte Nvidia og AMD avanserte grafiske prosessorenheter (GPUer) brukt i kunstig intelligens-applikasjoner og superdatamaskiner.
Flyttingen fulgte det amerikanske handelsdepartementets kunngjøring forrige måned om et forbud mot eksport til Kina av programvare for elektronisk designautomatisering (EDA) brukt i produksjonen av neste generasjons brikker.
I mellomtiden har Washington presset østasiatiske partnere Taiwan, Sør-Korea og Japan til å danne en “Chip 4” industriallianse for å isolere Kina fra det internasjonale teknologiøkosystemet, og styrket innsatsen for å utvikle sin hjemmelagde industri med vedtakelsen av CHIPS Act, tilbyr 52 milliarder dollar i subsidier til firmaer som lager flis på amerikansk jord.
“USA prøver å forsterke sin sentrale rolle i verdens halvlederøkosystem og sikre at Kina ikke er i stand til å produsere de mest banebrytende brikkene,” Chris Miller, forfatter av den kommende boken Chip War: The Fight for the World’s Most Critical Technology, fortalte Al Jazeera.
“Kontroll over halvledere vil ikke bare forme fremtiden til verdensøkonomien, fra cloud computing til autonom kjøring, de er også grunnleggende for militær makt.”
Halvledere har dukket opp som en av de heftigste slagmarkene i den intense rivaliseringen mellom USA og Kina. I tillegg til å fungere som livsnerven i den moderne økonomien, drive alt fra iPhones til jagerfly, blir brikkene sett på som avgjørende for å låse opp fremtidens teknologiske gjennombrudd, noe som betyr at morgendagens globale maktbalanse kan hvile på de skivetynne brikkene som utvikles i dag .
Kina, som andre store økonomier, er sterkt avhengig av halvlederproduksjon i Taiwan, kilden til mer enn 90 prosent av den globale forsyningen av high-end brikker, men har nylig gjort betydelige fremskritt i utviklingen av sin innenlandske industri.
I juli rapporterte forskere ved TechInsights at Kinas nasjonale mester Semiconductor Manufacturing International Corporation (SMIC) sannsynligvis hadde skaffet seg muligheten til å produsere en 7-nanometer (nm) brikke, noe som signaliserte et stort sprang fremover etter år med strev med å avansere forbi en 14nm-node. Halvledere sammenlignes vanligvis med lengden på transistorportene deres, med en mindre port som vanligvis tilsvarer større prosessorkraft.
Beijing-støttede SMIC øker nå støperikapasiteten, med nye planer for et fjerde anlegg i den nordlige byen Tianjin. SMIC svarte ikke på Al Jazeeras forespørsel om kommentar.
“Det er et massivt gjennombrudd,” sa Dylan Patel, en bransjeanalytiker og forfatter av nyhetsbrevet SemiAnalysis, til Al Jazeera. “Det mangler noen funksjoner, men det er en fullt funksjonell node.”
“Dette er det første virkelige tegnet de har brutt gjennom en antatt uoverkommelig barriere. Nå må de gradvis forbedre designet og skalere opp produksjonen til chips med høyere verdi.»
Kina har blitt blokkert fra å anskaffe det nyeste utstyret for å produsere avanserte brikker – ekstrem ultrafiolett (EUV) litografimaskiner – siden den ledende nederlandske produsenten ASML ble nektet eksportlisens etter amerikansk press på Amsterdam.
Men kinesiske firmaer kan fortsatt bruke mindre effektive dyp ultrafiolett (DUV) litografimaskiner, som har større strålebølgelengder som vanligvis brukes til å etse mønstre på mindre avanserte brikker, for å lage high-end halvledere.
Selv om Washington har flagget planer om å utvide forbudet mot brikkefremstillingsutstyr, har Kina fylt opp ASMLs DUV-litografimaskiner, og kjøpt opp 81 maskiner bare i fjor.
“SMIC kan lage en 7nm prosess med DUV, kanskje produsere den i massevis, men det gjør den ikke kostnadseffektiv,” sa Ray Yang, en konsulentdirektør ved Taiwans Industrial Technology Research Institute, til Al Jazeera.
“Med DUV-oppløsning, men du presser teknologien til dets grenser,” sa Yang, og sammenlignet det med å kjøre en forbrukerbil i Formel 1-hastigheter.
[The beginning of the quote above seems like a sentence fragment unless the ‘but’ is a typo.]
“Yield rate er veldig lav, derfor er det ikke en kostnadsoptimalisert løsning for avanserte prosessorer og alt utover 7nm er rett og slett umulig.”
Yang sa at SMIC hadde råd til å bruke mindre lønnsomme prosesser for å produsere avanserte brikker på grunn av statens støtte.
“Nå som Huawei ikke kan bruke utenlandske støperier, er Kina sterkt avhengig av SMIC for sjetonger de trenger, sannsynligvis for ‘spesiell ikke-kommersiell bruk’,” sa han.
Disse ikke-kommersielle bruksområdene inkluderer avanserte våpen for Kinas voksende militær.
Forbindelsene mellom Huawei, en av Kinas største teknologigiganter, og det kinesiske militæret har vært en langvarig bekymring for Washington, og kulminerte med at Trump-administrasjonen la selskapet til «Entity List» over sanksjonerte firmaer i 2019.
Under Kinas president Xi Jinping har det å utnytte teknologiske gjennombrudd i privat sektor for å styrke Kinas forsvarssektor blitt en nasjonal prioritet, og dens militær-sivile fusjonsstrategi har blitt en bærebjelke i industripolitikken.
“Chips er avgjørende for smarte våpen. Dette er en av grunnene til at mange beslutningstakere er så bekymret for utviklingen av Kinas halvlederindustri, sier Douglas Fuller, en ekspert på teknologisk utvikling ved City University of Hong Kong, til Al Jazeera.
Selv om det antas at Kina fortsatt mangler teknologien til å produsere brikker under 7nm, prøver firmaer som SMIC og Shanghai Micro Electronics Equipment Co å utvikle sine egne urfolksmaskiner for å bryte blindveien.
“SMIC-ingeniører har lekket klager på at disse maskinene er utsatt for problemer. Kina har ennå ikke laget en velfungerende ArF-litografimaskin,” sa Patel, med henvisning til en undertype av DUV-litografimaskin.
“Kina ligger mange år etter når det gjelder å lage chips med utenlandske verktøy, men flere tiår bak med innenlandsproduserte verktøy.”
Chinese firms can also continue to design chips smaller than 7nm, even if they cannot necessarily produce them yet.
Last year, Alibaba unveiled one of China’s most advanced designs, the Yitian 710 — a 5nm server chip built for a range of internet-of-things (IoT) applications.
Even so, Washington’s latest restrictions are set to make the design phase for next-generation chips — those under 5nm — harder, too.
The next-gen chips are expected to rely on the emerging gate-all-around (GAA) design, which is widely considered a solution to the physical limitations of shrinking chips to infinitesimally smaller sizes.
“The ban impacts China’s pipeline today, but won’t hit their products and revenue for years to come since GAA will only be for 2nm nodes and under, which haven’t arrived yet,” said Patel, adding that 2nm nodes could make up half the output of the world’s leading chipmaker, Taiwan Semiconductor Manufacturing Company (TSMC), in the coming decades.
“It will be hard [for China] å omgå disse EDA-leverandørene,” sa Patel. “Men Cadence [a leading American EDA supplier] har joint ventures i Kina, og tilbyr sine designprogrammer med rabatt i Kina sammenlignet med amerikanske kunder. Så Kina kan ha en viss innflytelse over firmaet der og utøve press på dem.»
Yang sa at Kina ville gjøre alt det kunne for å skaffe nødvendig litografiutstyr hvis det ble forhindret fra å kjøpe det på det åpne markedet.
“Dette kan innebære omvendt utvikling, IP-tyveri eller strategisk oppkjøp av utenlandske firmaer … som har skjedd mange ganger tidligere med andre kritiske teknologier,” sa han.
Kina søker også gjennombrudd ved å helle ressurser i alternative materialer til silisium, som karbon. Beijing har inkludert forskning på karbonfiber, grafen, silisiumkarbid og andre karbonbaserte kompositter i sin 14. femårsplan.
“Det er en potensiell teknologi for fremtiden, men den har ennå ikke blitt bevist i stor skala,” sa Patel. “Du kan lage en superrask brikke i et laboratorium med sprø klokkehastigheter, men å lage den på en økonomisk gjennomførbar modell er en helt annen historie.”
“Hvis det viser seg å være en fremtidens teknologi, er Kina marginalt nærmere i forkant. Gapet det må lukkes er relativt mindre.”