Chip War: The Fight for the World's Most Critical Technology - Chris Miller
Мы редко задумываемся о микросхемах, а между тем именно они создали современный мир. Судьба государств зависит от их способности использовать вычислительные мощности. Глобализация в том виде, в каком мы ее знаем, не существовала бы без торговли полупроводниками и электронными изделиями, которые они делают возможными. Военное превосходство Америки во многом обусловлено ее способностью применять микросхемы в военных целях. Огромный подъем Азии за последние полвека был построен на кремниевом фундаменте, поскольку растущие экономики этих стран специализировались на изготовлении микросхем и сборке компьютеров и смартфонов, которые стали возможны благодаря этим интегральным схемам.
В основе вычислительной техники лежит необходимость использования многих миллионов 1 и 0. Вся цифровая вселенная состоит из этих двух чисел. Каждая кнопка на вашем iPhone, каждое электронное письмо, фотография, видеоролик на YouTube - все это, в конечном счете, закодировано в огромных строках из 1 и 0. Но на самом деле эти числа не существуют. Это выражения электрических токов, , которые либо включены (1), либо выключены (0). Микросхема представляет собой сетку из миллионов или миллиардов транзисторов, крошечных электрических переключателей, которые включаются и выключаются для обработки этих цифр, для их запоминания и для преобразования ощущений реального мира, таких как изображения, звук и радиоволны, в миллионы и миллионы 1 и 0.
Пока корабль USS Mustin плыл на юг, на заводах и сборочных предприятиях по обе стороны пролива шла работа над компонентами для iPhone 12, до выхода которого на рынок в октябре 2020 г. оставалось всего два месяца. Около четверти доходов чип-индустрии приходится на телефоны; значительная часть цены нового телефона приходится на полупроводники, находящиеся в нем. На протяжении последних десяти лет каждое поколение iPhone оснащалось одним из самых передовых процессорных чипов в мире. В общей сложности для работы смартфона требуется более десятка полупроводников: различные микросхемы управляют аккумулятором, Bluetooth, Wi-Fi, подключениями к сотовым сетям, аудио, камерой и т.д.
Apple не производит ни одного из этих чипов. Она покупает большинство готовых: микросхемы памяти у японской компании Kioxia, радиочастотные микросхемы у калифорнийской Skyworks, аудиочипы у Cirrus Logic, расположенной в Остине (штат Техас). Сложные процессоры, на которых работает операционная система iPhone, Apple разрабатывает самостоятельно. Но колосс из Купертино (Калифорния) не может производить эти микросхемы. Как и ни одна компания в США, Европе, Японии или Китае. Сегодня самые передовые процессоры Apple, которые, возможно, являются самыми передовыми полупроводниками в мире, могут производиться только одной компанией в одном здании - на самом дорогом в истории человечества заводе , который утром 18 августа 2020 года находился всего в паре десятков миль от правого борта корабля USS Mustin.
Изготовление и миниатюризация полупроводников - величайшая инженерная задача современности. Сегодня ни одна компания не производит микросхемы с большей точностью, чем Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, более известная как TSMC. В 2020 году, когда мир метался между блокировками, вызванными вирусом, диаметр которого составлял около ста нанометров - миллиардные доли метра, на самом современном предприятии TSMC, Fab 18, вырезались микроскопические лабиринты из крошечных транзисторов, вытравливая формы размером меньше половины коронавируса и сотой митохондрии. TSMC воспроизвела этот процесс в масштабах, ранее не имевших аналогов в истории человечества. Apple продала более 100 млн iPhone 12, каждый из которых оснащен процессорным чипом A14 с 11,8 млрд крошечных транзисторов, вырезанных в кремнии. Другими словами, за несколько месяцев на фабрике Fab 18 компании TSMC было изготовлено более 1 квинтиллиона транзисторов, то есть число с восемнадцатью нулями. В прошлом году индустрия микросхем произвела больше транзисторов, чем совокупное количество всех товаров, произведенных всеми другими компаниями, во всех других отраслях промышленности, за всю историю человечества. Ничто другое и близко не стоит.
Всего шестьдесят лет назад количество транзисторов на новейшей микросхеме составляло не 11,8 млрд, а 4. В 1961 г. небольшая фирма Fairchild Semiconductor, расположенная к югу от Сан-Франциско, анонсировала новый продукт под названием Micrologic - кремниевую микросхему с четырьмя встроенными в нее транзисторами. Вскоре компания придумала, как разместить на чипе десяток, а затем и сотню транзисторов. В 1965 г. соучредитель Fairchild Гордон Мур заметил, что количество компонентов, которые можно разместить на каждом чипе, ежегодно удваивается по мере того, как инженеры учатся изготавливать все более мелкие транзисторы. Это предсказание, согласно которому вычислительная мощность микросхем будет расти в геометрической прогрессии, получило название "закон Мура" и позволило Муру предсказать изобретение устройств, которые в 1965 г. казались невероятно футуристичными, таких как "электронные наручные часы", "домашние компьютеры" и даже "персональные портативные средства связи". Заглядывая в будущее с 1965 г., Мур предсказал десятилетие экспоненциального роста - но этот ошеломляющий темп прогресса продолжается уже более полувека. В 1970 году вторая компания, основанная Муром, Intel, представила микросхему памяти, способную запоминать 1024 единицы информации ("бита"). Стоила она около 20 долларов, что примерно соответствует цене в два цента за бит. Сегодня за 20 долларов можно купить флешку, способную запомнить более миллиарда битов.
Когда мы сегодня думаем о Кремниевой долине, в голову приходят социальные сети и компании, производящие программное обеспечение, а не материал, в честь которого эта долина была названа. Однако Интернет, облако, социальные сети и весь цифровой мир существуют только потому, что инженеры научились управлять мельчайшими движениями электронов, мчащихся по кремниевым плитам. "Большие технологии" не существовали бы, если бы за последние полвека стоимость обработки и запоминания 1 и 0 не снизилась в миллиард раз.
Это невероятное восхождение отчасти стало возможным благодаря гениальным ученым и физикам, получившим Нобелевскую премию. Но не каждое изобретение порождает успешный стартап, и не каждый стартап дает толчок новой отрасли, преобразующей мир. Полупроводники распространились в обществе потому, что компании разработали новые технологии, позволяющие производить их миллионами, потому что энергичные менеджеры неустанно снижали их стоимость, а творческие предприниматели придумывали новые способы их использования. Создание закона Мура - это история не только физиков или инженеров-электриков, но и специалистов по производству, цепочкам поставок и маркетингу.
Города к югу от Сан-Франциско, которые до 1970-х гг. не назывались Силиконовой долиной, стали эпицентром этой революции, поскольку в них
