ΠΟΛΕΜΟΣ ΤΩΝ ΗΜΙΑΓΩΓΩΝ – ΔΕΝ ΕΙΝΑΙ ΑΥΤΟ ΠΟΥ ΝΟΜΙΖΕΙΣ… Εδώ και κάποια χρόνια είναι φανερό ότι έχουμε περάσει σε έναν νέο «Ψυχρό Πόλεμο», ο οποίος ταυτόχρονα μοιάζει αλλά και είναι σημαντικά διαφορετικός από τον προηγούμενο. Έχουμε αναφέρει πολλές φορές (στα όρια της κοινοτυπίας, αλλά είναι εξαιρετικά σημαντικό να αντιληφθούμε την σημαντικότητά της) ότι ζούμε στην εποχή της πληροφορίας (Era of Information). Αυτή η 4η βιομηχανική επανάσταση έγινε δυνατή χάρη σε μια σειρά από ανακαλύψεις και καινοτομίες, οι οποίες μπορούμε με ασφάλεια να αναφέρουμε ότι αφορούν στις τεχνολογίες επικοινωνιών και πληροφοριακών συστημάτων. Το internet, το οποίο ξεκίνησε τη δεκαετία του 60 ως ARPANET, είδε τον αριθμό των διασυνδεδεμένων συσκευών από λίγες δεκάδες τη δεκαετία του 70, σε εκατοντάδες δισεκατομμύρια το 2020, και ο αριθμός συνεχίζει να αυξάνεται. Πλέον, το internet των πραγμάτων (ή Internet of Things) αλλά και το μελλοντικό Internet of Everything, οδηγούν αλλά και δοκιμάζουν τα τεχνολογικά –και όχι μόνο– όρια.
Η εκρηκτική αυτή ανάπτυξη ουσιαστικά βασίζεται στην ικανότητά μας να κατασκευάσουμε ολοένα και πιο προηγμένα «chips». Η λέξη chips χρησιμοποιείται καταχρηστικά εδώ, καθώς περιγράφει μια τεράστια οικογένεια συσκευών, οι οποίες περιλαμβάνουν ολοκληρωμένα κυκλώματα (integrated circuits) όπως είναι οι κεντρικοί υπολογιστές, οι μικρο-ελεγκτές (micro-controllers), ή τα κυκλώματα μνήμης. Η βάση όλων αυτών είναι το τρανζίστορ, και η ικανότητα της βιομηχανίας να ενσωματώνει όλο και μεγαλύτερο αριθμό τρανζίστορ εντός της επιφάνειας ενός chip, αποτελεί τον οδηγό των σχετικών εξελίξεων. Ο περίφημος νόμος του Moore (Moore’s law) περιγράφει αυτήν ακριβώς την δυνατότητα, και προβλέπει ότι ο αριθμός των τρανζίστορ τα οποία παρατηρούνται στην επιφάνεια ενός chip θα διπλασιάζεται περίπου κάθε δυο χρόνια.
Η όλη τεχνολογία βασίζεται στους ημιαγωγούς, οι οποίοι είναι υλικά των οποίων η τιμή της ειδικής αντίστασής τους μεταβάλλεται μεταξύ αυτής των μονωτών και αυτής των αγωγών. Παρατηρείται δε ότι υφίσταται ραγδαία μείωσή της, με την αύξηση της θερμοκρασίας (ένας λόγος για τον οποίο η ψύξη παίζει τεράστιο ρόλο στην απόδοση των σύγχρονων υπολογιστικών συστημάτων). Οι ημιαγωγοί μπορεί να είναι στοιχεία, όπως το πυρίτιο (silicon – να μην συγχέεται με τη σιλικόνη!) και το γερμάνιο, ή χημικές ενώσεις, όπως το αρσενίδιο του γαλλίου (gallium arsenide) ή το σεληνιούχο κάδμιο (cadmium selenide). Τόσο το γάλλιο όσο και το κάδμιο είναι σπάνια στοιχεία, κάτι το οποίο δεν συμβαίνει με το πυρίτιο, το οποίο είναι το δεύτερο πιο διαδεδομένο χημικό στοιχείο, μετά το οξυγόνο. Για την ακρίβεια το πυρίτιο αντιδρά εύκολα με το οξυγόνο, δίνοντας διάφορες πυριτικές ενώσεις (κυρίως διοξείδιο του πυριτίου).
Επειδή το πυρίτιο αντιδρά εύκολα το βρίσκουμε συνήθως με τη μορφή χαλαζιακής ή πυριτικής άμμου. Με μια μέθοδο –γνωστή ως μέθοδος Czochralski– παίρνουμε ράβδους καθαρού (σε βαθμό 99%) πυριτίου, τις οποίες κόβουμε σε φέτες, γνωστές ως wafer (ναι, σημαίνει γκοφρέτα!). Αφού καθαριστούν και γυαλιστούν, επικαλύπτονται με ειδικά –φωτοευαίσθητα -χημικά και είναι έτοιμες για περαιτέρω επεξεργασία. Μέχρι εδώ η διαδικασία δεν είναι ούτε δύσκολη, ούτε περίπλοκη και ένας κλίβανος Czochralski μπορεί να αγοραστεί και από το internet, με κόστος μερικές δεκάδες δολάρια. Το επόμενο στάδιο είναι αυτό που διαφοροποιεί τόσο την ποιότητα, όσο και τις επιδόσεις.
Η «αποτύπωση» του σχεδίου του κυκλώματος πάνω στο wafer βασίζεται σε μια περίπλοκη διαδικασία που λέγεται φωτολιθογραφία. Η πλέον περίπλοκη και εξειδικευμένη μορφή σε βιομηχανική εφαρμογή αυτή τη στιγμή, καλείται Extreme Ultraviolet Lithography (EUV), και επιτρέπει κλίμακες στα 5 nm (nm = νανόμετρα). Για να καταλάβουμε τα σχετικά μεγέθη, ένα ερυθρό αιμοσφαίριο έχει μέγεθος 7000 nm ενώ ένας ιός 14 nm. Είναι δε τόσο μικρά τα μήκη κύματος (13,5 nm) που πρέπει η όλη διαδικασία να εκτελεστεί σε συνθήκες κενού! Αυτή τη στιγμή, αυτή η τεχνολογία επιτρέπει στο chip Μ1 Ultra της Apple να διαθέτει στην επιφάνειά του 114 δισεκατομμύρια τρανζίστορ! Υπάρχουν ελάχιστες εταιρίες που μπορούν να κατασκευάσουν τέτοια chip, με αυτή με τη μεγαλύτερη παραγωγή στον πλανήτη να είναι η TSMC (με έδρα την Ταΐβάν), η οποία και τροφοδοτεί τις Apple, NVidia, AMD, κλπ.
Τον τελευταία καιρό η Κίνα έχει απειλήσει ότι θα εισβάλει στην Ταϊβάν, ώστε να την επαναφέρει στον μητροπολιτικό κορμό. Αρκετοί –μάλλον σκωπτικά– εκτιμούν ότι και μόνο η πρόσβαση στην TSMC είναι αρκετή ώστε η Κίνα να διαβεί το Ρουβικώνα της, τα Στενά της Ταϊβάν. Όμως η TSMC, αν και είναι ο μεγαλύτερος παραγωγός, εξαρτάται ΑΠΟΛΥΤΑ με τη σειρά της από μια άλλη εταιρία, η οποία και κατέχει το ΑΠΟΛΥΤΟ ΜΟΝΩΠΟΛΙΟ στην κατασκευή των μηχανημάτων, τα οποία εκμεταλλεύονται την τεχνική EUV. Ένα τέτοιο μηχάνημα απαιτεί τεράστιες επενδύσεις τόσο σε ανθρώπινους όσο και σε οικονομικούς όρους, χρειάζεται μήνες για να κατασκευαστεί και άλλους τόσους για να μεταφερθεί, και έχει μέγεθος λεωφορείου. Ενσωματώνει δε την κορυφή της σχετικής τεχνολογίας και κοστίζει τουλάχιστον $150 εκατ. το ένα!
Αυτή η εταιρία δεν είναι άλλη από την ASML Holding N.V (επίσης γνωστή και ως Advanced Semiconductor Materials Lithography) και η οποία έχει έδρα το Veldhoven της Ολλανδίας. Είναι δε η πλέον πολύτιμη ευρωπαϊκή εταιρία τεχνολογίας, με όρους κεφαλαιοποίησης, η οποία ανέρχεται στα 200 δισ. ευρώ! Ετοιμάζει δε μια νέα συσκευή, η οποία θα βασίζεται στην τεχνολογία EUV High Numerical Aperture -η οποία επιτρέπει λιθογραφία στα 2 nm- και η οποία θα έχει κόστος άνω των $350 εκατ. Δεν είναι τυχαίο λοιπόν ότι οι ΗΠΑ και η ΕΕ συνεργάζονται στενά στην υποστήριξη και περιχαράκωση της πρωτοπορίας τους στο συγκεκριμένο τομέα.
Η Κίνα αυτή τη στιγμή δεν μπορεί να φτάσει κάτω από τα 7 nm, το οποίο είναι και το απόλυτο όριο της τεχνολογίας DUV. Άλλες χώρες, όπως η Ρωσία (ακόμα και πριν τις κυρώσεις) θα πρέπει να βρουν διάφορους ευφάνταστους και μη τρόπους ώστε να αποκτήσουν πρόσβαση στα chips. Είναι ενδεικτικό ότι chips ευρωπαϊκών και αμερικάνικων εταιριών βρέθηκαν σε ρωσικά drone και UAV, χωρίς να μπορεί να διευκρινιστεί το πως έφτασαν ως εκεί. Η πρόσφατη νομοθέτηση της CHIPS and Science Act από τις ΗΠΑ, η οποία –μεταξύ άλλων– προβλέπει την παροχή $280 δις για την περαιτέρω ανάπτυξη των εγχώριων τεχνολογιών αλλά και τη στενότερη συνεργασία μεταξύ ΗΠΑ και ΕΕ, κινείται προς την κατεύθυνση ενός πολέμου για την επικράτηση στο τεχνολογικό πεδίο.
Δεν θα πρέπει να ξεχνάμε ότι η Κίνα έχει πρόσβαση στα περισσότερα κοιτάσματα σπάνιων γαιών του πλανήτη, και τυχόν πρόσβαση στην τεχνολογία EUV θα την έφερνε σε εξαιρετικά πλεονεκτική θέση έναντι όλων των υπόλοιπων χωρών. Δεν είναι τυχαίο ότι η ASML δαπανά (φανερά) 60 εκατ. € κάθε χρόνο για την αποτροπή επιθέσεων που σχετίζονται με βιομηχανική κατασκοπεία. Τελικά, η καρδία της σύγχρονης τεχνολογίας δεν χτυπά σε ένα νησί, χιλιάδες χιλιόμετρα μακριά, αλλά εντός της ευρωπαϊκής γειτονιάς μας. Η ερώτηση είναι, πόσο έτοιμοι είμαστε για να διαφυλάξουμε και ενισχύσουμε αυτό το τεχνολογικό πλεονέκτημα, και για πόσο χρόνο ακόμα…
Η όλη τεχνολογία βασίζεται στους ημιαγωγούς, οι οποίοι είναι υλικά των οποίων η τιμή της ειδικής αντίστασής τους μεταβάλλεται μεταξύ αυτής των μονωτών και αυτής των αγωγών. Παρατηρείται δε ότι υφίσταται ραγδαία μείωσή της, με την αύξηση της θερμοκρασίας (ένας λόγος για τον οποίο η ψύξη παίζει τεράστιο ρόλο στην απόδοση των σύγχρονων υπολογιστικών συστημάτων). Οι ημιαγωγοί μπορεί να είναι στοιχεία, όπως το πυρίτιο (silicon – να μην συγχέεται με τη σιλικόνη!) και το γερμάνιο, ή χημικές ενώσεις, όπως το αρσενίδιο του γαλλίου (gallium arsenide) ή το σεληνιούχο κάδμιο (cadmium selenide). Τόσο το γάλλιο όσο και το κάδμιο είναι σπάνια στοιχεία, κάτι το οποίο δεν συμβαίνει με το πυρίτιο, το οποίο είναι το δεύτερο πιο διαδεδομένο χημικό στοιχείο, μετά το οξυγόνο. Για την ακρίβεια το πυρίτιο αντιδρά εύκολα με το οξυγόνο, δίνοντας διάφορες πυριτικές ενώσεις (κυρίως διοξείδιο του πυριτίου).
Επειδή το πυρίτιο αντιδρά εύκολα το βρίσκουμε συνήθως με τη μορφή χαλαζιακής ή πυριτικής άμμου. Με μια μέθοδο –γνωστή ως μέθοδος Czochralski– παίρνουμε ράβδους καθαρού (σε βαθμό 99%) πυριτίου, τις οποίες κόβουμε σε φέτες, γνωστές ως wafer (ναι, σημαίνει γκοφρέτα!). Αφού καθαριστούν και γυαλιστούν, επικαλύπτονται με ειδικά –φωτοευαίσθητα -χημικά και είναι έτοιμες για περαιτέρω επεξεργασία. Μέχρι εδώ η διαδικασία δεν είναι ούτε δύσκολη, ούτε περίπλοκη και ένας κλίβανος Czochralski μπορεί να αγοραστεί και από το internet, με κόστος μερικές δεκάδες δολάρια. Το επόμενο στάδιο είναι αυτό που διαφοροποιεί τόσο την ποιότητα, όσο και τις επιδόσεις.
Η «αποτύπωση» του σχεδίου του κυκλώματος πάνω στο wafer βασίζεται σε μια περίπλοκη διαδικασία που λέγεται φωτολιθογραφία. Η πλέον περίπλοκη και εξειδικευμένη μορφή σε βιομηχανική εφαρμογή αυτή τη στιγμή, καλείται Extreme Ultraviolet Lithography (EUV), και επιτρέπει κλίμακες στα 5 nm (nm = νανόμετρα). Για να καταλάβουμε τα σχετικά μεγέθη, ένα ερυθρό αιμοσφαίριο έχει μέγεθος 7000 nm ενώ ένας ιός 14 nm. Είναι δε τόσο μικρά τα μήκη κύματος (13,5 nm) που πρέπει η όλη διαδικασία να εκτελεστεί σε συνθήκες κενού! Αυτή τη στιγμή, αυτή η τεχνολογία επιτρέπει στο chip Μ1 Ultra της Apple να διαθέτει στην επιφάνειά του 114 δισεκατομμύρια τρανζίστορ! Υπάρχουν ελάχιστες εταιρίες που μπορούν να κατασκευάσουν τέτοια chip, με αυτή με τη μεγαλύτερη παραγωγή στον πλανήτη να είναι η TSMC (με έδρα την Ταΐβάν), η οποία και τροφοδοτεί τις Apple, NVidia, AMD, κλπ.
Τον τελευταία καιρό η Κίνα έχει απειλήσει ότι θα εισβάλει στην Ταϊβάν, ώστε να την επαναφέρει στον μητροπολιτικό κορμό. Αρκετοί –μάλλον σκωπτικά– εκτιμούν ότι και μόνο η πρόσβαση στην TSMC είναι αρκετή ώστε η Κίνα να διαβεί το Ρουβικώνα της, τα Στενά της Ταϊβάν. Όμως η TSMC, αν και είναι ο μεγαλύτερος παραγωγός, εξαρτάται ΑΠΟΛΥΤΑ με τη σειρά της από μια άλλη εταιρία, η οποία και κατέχει το ΑΠΟΛΥΤΟ ΜΟΝΩΠΟΛΙΟ στην κατασκευή των μηχανημάτων, τα οποία εκμεταλλεύονται την τεχνική EUV. Ένα τέτοιο μηχάνημα απαιτεί τεράστιες επενδύσεις τόσο σε ανθρώπινους όσο και σε οικονομικούς όρους, χρειάζεται μήνες για να κατασκευαστεί και άλλους τόσους για να μεταφερθεί, και έχει μέγεθος λεωφορείου. Ενσωματώνει δε την κορυφή της σχετικής τεχνολογίας και κοστίζει τουλάχιστον $150 εκατ. το ένα!
Αυτή η εταιρία δεν είναι άλλη από την ASML Holding N.V (επίσης γνωστή και ως Advanced Semiconductor Materials Lithography) και η οποία έχει έδρα το Veldhoven της Ολλανδίας. Είναι δε η πλέον πολύτιμη ευρωπαϊκή εταιρία τεχνολογίας, με όρους κεφαλαιοποίησης, η οποία ανέρχεται στα 200 δισ. ευρώ! Ετοιμάζει δε μια νέα συσκευή, η οποία θα βασίζεται στην τεχνολογία EUV High Numerical Aperture -η οποία επιτρέπει λιθογραφία στα 2 nm- και η οποία θα έχει κόστος άνω των $350 εκατ. Δεν είναι τυχαίο λοιπόν ότι οι ΗΠΑ και η ΕΕ συνεργάζονται στενά στην υποστήριξη και περιχαράκωση της πρωτοπορίας τους στο συγκεκριμένο τομέα.
Η Κίνα αυτή τη στιγμή δεν μπορεί να φτάσει κάτω από τα 7 nm, το οποίο είναι και το απόλυτο όριο της τεχνολογίας DUV. Άλλες χώρες, όπως η Ρωσία (ακόμα και πριν τις κυρώσεις) θα πρέπει να βρουν διάφορους ευφάνταστους και μη τρόπους ώστε να αποκτήσουν πρόσβαση στα chips. Είναι ενδεικτικό ότι chips ευρωπαϊκών και αμερικάνικων εταιριών βρέθηκαν σε ρωσικά drone και UAV, χωρίς να μπορεί να διευκρινιστεί το πως έφτασαν ως εκεί. Η πρόσφατη νομοθέτηση της CHIPS and Science Act από τις ΗΠΑ, η οποία –μεταξύ άλλων– προβλέπει την παροχή $280 δις για την περαιτέρω ανάπτυξη των εγχώριων τεχνολογιών αλλά και τη στενότερη συνεργασία μεταξύ ΗΠΑ και ΕΕ, κινείται προς την κατεύθυνση ενός πολέμου για την επικράτηση στο τεχνολογικό πεδίο.
Δεν θα πρέπει να ξεχνάμε ότι η Κίνα έχει πρόσβαση στα περισσότερα κοιτάσματα σπάνιων γαιών του πλανήτη, και τυχόν πρόσβαση στην τεχνολογία EUV θα την έφερνε σε εξαιρετικά πλεονεκτική θέση έναντι όλων των υπόλοιπων χωρών. Δεν είναι τυχαίο ότι η ASML δαπανά (φανερά) 60 εκατ. € κάθε χρόνο για την αποτροπή επιθέσεων που σχετίζονται με βιομηχανική κατασκοπεία. Τελικά, η καρδία της σύγχρονης τεχνολογίας δεν χτυπά σε ένα νησί, χιλιάδες χιλιόμετρα μακριά, αλλά εντός της ευρωπαϊκής γειτονιάς μας. Η ερώτηση είναι, πόσο έτοιμοι είμαστε για να διαφυλάξουμε και ενισχύσουμε αυτό το τεχνολογικό πλεονέκτημα, και για πόσο χρόνο ακόμα…