Współczesne złoto, Święty Graal gospodarki, klucz do dominacji nad światem – tak dziś mówi się o chipach. Kto będzie kontrolował technologię najnowszej generacji: Chiny czy Stany Zjednoczone? Z dr. Tomaszem Kowalskim, adiunktem w Zakładzie Sztucznej Inteligencji, rozmawia Ewa Konarzewska-Michalak. 

Co fascynującego jest w chipach? Dlaczego są tak ważne? 

– Najłatwiej to zrozumieć, przyglądając się informatycznym eksponatom dostępnym na wystawie na Wydziale Matematyki i Informatyki. Znajdziemy tam sprzęt, w którym możemy palcem wskazać (i dotknąć) pojedynczy tranzystor, element półprzewodnikowy znany od ponad 50 lat. To on stanowi podstawę współczesnej elektroniki. W później wyprodukowanych układach elektronicznych zobaczymy układy scalone na tyle duże, by chwycić je palcami, zawierające setki, tysiące i miliony zintegrowanych w swym wnętrzu tranzystorów. W dzisiejszych czasach w mniej więcej tych samych fizycznych wymiarach układu scalonego mieszczą się już miliardy tranzystorów. Cała sztuka polega na miniaturyzacji. Wraz z nią wzrasta nasza zdolność do przetwarzania danych. To jest cała tajemnica. 

Skąd pęd do tak dużej miniaturyzacji? Czy to ma związek z oszczędzaniem energii? 

– Nie sądzę, aby pragnienie zużywania mniejszej ilości energii stanowiło główną motywację, natomiast sprawność, z jaką wykorzystujemy dostarczaną energię, już tak. Miniaturyzacja wiąże się z wieloma istotnymi korzyściami – od ekonomicznych na przykład przez zwiększenie efektywności procesu produkcyjnego aż do użytkowych – mniejsze komponenty łatwiej jest osadzać w urządzeniach, które jeszcze nie zostały podłączone do internetu. Są bowiem zastosowania, w których miniaturyzacja w ogóle umożliwia nam sterowanie jakimś urządzeniem przy zachowaniu jego form factor, czyli dotychczasowego zewnętrznego kształtu.  

Niekiedy ważne jest, aby komponenty elektroniczne były po prostu fizycznie blisko siebie. Poza tym z każdą zmianą technologiczną w procesie produkcyjnym powiązana jest większa doskonałość konstrukcyjna układu, który wykonuje określone operacje Miniaturyzacja jest także konieczna, aby móc wykonywać obliczenia szybciej, na przykład z coraz wyższą częstotliwością zegara taktującego procesor. 

Na jakim etapie teraz jesteśmy? Do jak dużej miniaturyzacji dążymy? 

– Już od jakiegoś czasu rozmiary, o których mówimy, mierzymy w nanometrach. Nowa tajwańska fabryka miała docelowo realizować proces trójnanometrowy – to może przyprawić o zawrót głowy! Jeszcze kilkanaście lat temu operowaliśmy na dziesiątkach nanometrów, a teraz osiągamy fizyczne bariery miniaturyzacji. Imponujące, że nadal jesteśmy w stanie utrzymać ten trend, jednak nieuchronnie zbliżamy się do granic możliwości – trzy nanometry to zaledwie kilkanaście atomów krzemu. 

Trudno to sobie wyobrazić. Ale skoro dziś używamy telefonów, na których widzimy rozmówcę, wszystko jest możliwe.  

– Szybkość transmisji wzrosła także dlatego, że wzrosła moc obliczeniowa. Jednak sprawność, z jaką możemy przetwarzać sygnały, nie zależy tylko od chipów, lecz także od możliwości przesyłu danych na dłuższe odległości. Przesyłamy sygnały przez ocean, ale światłowód ma pewne ograniczenia, więc nie dziwi, że realizowane są obecnie konstelacje satelitów komunikacyjnych na niskiej orbicie okołoziemskiej. Być może w ten sposób osiągniemy jeszcze bardziej sprawnie działającą sieć. A może będziemy świadkami pewnej rewolucji w zakresie technologii mikroprocesorowej, która będzie miała związek z komputerami kwantowymi? Dzisiaj trudno przewidywać przyszłość. 

Jak dotąd wyścig trwa. Pod wpływem Amerykanów Holandia zakazała sprzedaży urządzeń do tworzenia chipów najnowszej generacji do Chin. Chodzi tu o jednego z czołowych graczy na rynku: firmę ASML. O niezależności marzą Tajwan i Korea Południowa. 

– Sądzę, że w tej dyskusji należy także zwrócić uwagę na mniej oczywiste elementy. Proces wytwarzania dobrego procesora w mikroskopowej skali wymaga współdziałania całej sieci przedsiębiorstw specjalizujących się w poszczególnych etapach produkcji. Układ trzeba najpierw zaprojektować, a następnie wykorzystać technologię pozwalającą w kawałku krzemu ukształtować połączenia elektryczne. Jednak wytworzenie procesora samo w sobie nic nie znaczy, jeśli nie zapewnimy możliwości budowania rozwiązań z jego użyciem. Aby chip był prawdziwie użyteczny, konieczne są pewne technologie wspomagające, na przykład kompilator dla języka programowania, który sprawi, że to, co wyrażamy w ogólny sposób, konkretny procesor będzie w stanie wykonać.  

Tajwan skupił wokół siebie specjalistów i przedsiębiorstwa, które umożliwiają realizację pełnego łańcucha dostaw rozwiązań elektronicznych, a to oznacza pewnego rodzaju niezależność, ważną w kontekście bezpieczeństwa. Zauważmy również, że to, co potocznie określamy jako „elektronika”, zawiera w sobie nie tylko sprzęt, ale także znaczny komponent oprogramowania tegoż sprzętu. Rzadko kto wytwarza oprogramowanie w taki sposób, że jedyne, czego potrzebuje, to sprawny procesor i kompilator. Jako programiści korzystamy z bibliotek i modułów, osiągnięć innych ludzi. Jeśli coś zaszwankuje w którymś z ogniw tego łańcucha dostaw, na przykład wskutek sankcji, to produkt jest narażony. Pamiętajmy więc, że cały świat stoi tzw. elektroniką, która składa się ze sprzętu i z równie ważnego oprogramowania. 

Jakie problemy powoduje to, że produkcja jest zlokalizowana w jednym miejscu? 

– Zanim nadeszła pandemia, mieliśmy sytuację, w której trzęsienie ziemi w Azji uszkodziło część fabryk wytwarzających układy scalone. Ceny „elektroniki” poszybowały w kosmos, gdyż zabrakło podstawowego budulca. Za to, że produkcja w większości jest zlokalizowana w jednej części świata, odpowiada brutalna ekonomia i teraz musimy mierzyć się z tego konsekwencjami.  

W Arizonie ma powstać wielki zakład produkcyjny. Czy Stany Zjednoczone dzięki temu będą mogły częściowo uniezależnić się od dostaw z Azji?  

– Nie wydaje mi się, aby problem dał się rozwiązać jednym zakładem. Poza tym osobną kwestią jest dostępność surowców, z których produkuje się chipy. Rynek jest bardzo powiązany, a zależności oplatają świat gęstą pajęczyną. Rozplątanie jej wymaga olbrzymiej pracy. Możliwe również, że gdy zmienią się uwarunkowania polityczne i odezwie się ekonomia, to znów będziemy obserwować konsolidację produkcji w jednym miejscu dla minimalizacji kosztów.  

W technologicznym wyścigu rywalizują kraje demokratycznego Zachodu z autorytarnymi Chinami. To, kto wygra, będzie miało znaczący wpływ na naszą przyszłość, czyż nie? 

– Gdy zaczęła się inwazja na Ukrainę, słychać było głosy, że kiedy będziemy zajęci konfliktem za naszą wschodnią granicą, Chiny po cichu „wezmą” Tajwan, a to miałoby poważne konsekwencje dla naszego bezpieczeństwa. To, co określamy cyberbezpieczeństwem, głęboko zasadza się na sprzęcie, na którym pracujemy. Dla przykładu – mamy dobrze udokumentowane, publicznie znane przypadki, że elektronika konsumencka, czyli telefony, przychodziły wstępnie zhakowane na poziomie samego sprzętu. Wiadomo też, że duzi gracze w branży informatycznej przed zakupem sprzętu do nowej serwerowni zlecają niezależne dochodzenia mające ustalić, czy na poziomie samej elektroniki nowemu sprzętowi można zaufać. Nie chodzi tylko o kradzież lub uszkodzenie danych, ale także o nieprzerwane działanie, zapewnienie ciągłości pracy, co jest szczególnie ważne w kontekście wojennym. Ja odczytuję obecne działania rządów niektórych państw jako element polityki mającej na celu zwiększanie poziomu cyberbezpieczeństwa we współczesnym, coraz bardziej elektronicznym świecie. 

Pamiętam głośną aferę z telefonami Huawei… 

– To był przypadek, który odbił się szerokim echem. Mówiliśmy wcześniej o układzie scalonym, który jest tak zintegrowany, że mieści się na opuszku palca. W pewnym sensie kupujemy kota w worku. Jesteśmy w stanie zamówić procesor realizujący operacje według naszej specyfikacji, ale on może robić też rzeczy, o których nie wiemy. Bardzo trudno jest ustalić stan faktyczny, jako że musielibyśmy na poziomie mikroskopowym spróbować go rozebrać na elementy składowe i w drodze inżynierii wstecznej zrozumieć sposób działania całego układu. Podobnie rzecz ma się z oprogramowaniem i wcale nie jest z nim łatwiej niż w przypadku sprzętu. 

Zobacz też: Prof. Krzysztof Jassem. Po CSI Nowy Jork czas na CSI Poznań