Unia Europejska przespała kolejny kluczowy obszar globalnej rywalizacji mocarstw. W 2022 roku ocknęła się, że jest rozbrojona. Niemal równocześnie dotarło do niej, że odpadła w wyścigu o kluczową technologię nadchodzących dekad.
Jedną z przyczyn tego, że Donald Trump tak swobodnie pogrywa sobie z Europą, jest uzależnienie UE od USA w kwestii dostępu do najbardziej zaawansowanych układów scalonych. Pod względem produkcji procesorów do komputerów osobistych (CPU) Amerykanie mają niemal całkowitą hegemonię. W przytłaczającej większości tzw. konsumenckich PC – czyli komputerów domowych – zamontowane są układy produkcji AMD (seria Ryzen) oraz przeżywającego ostatnio kłopoty Intela (seria Core i Core Ultra). Własne procesory produkuje również Apple, ale wyłącznie na użytek swoich markowych produktów. Wszystkie te firmy mają siedzibę w USA, a nawet pochodzą z tego samego stanu – Kalifornii (Santa Clara i Cupertino).
W San Diego w Kalifornii siedzibę ma również Qualcomm, który dominuje na rynku procesorów do urządzeń mobilnych (seria Snapdragon). Poza nim znów silny jest Apple, który jednak skupia się wyłącznie na markach własnych. Na rynku kart graficznych (GPU), które również mają ogromną moc obliczeniową i są wykorzystywane nie tylko do gier, ale też zaawansowanych programów graficznych czy – niestety – „kopania” kryptowalut, dominują wymieniane wyżej AMD (seria Radeon) oraz absolutny gigant branży półprzewodnikowej, czyli Nvidia (seria GeForce), założona przez pochodzącego z Tajwanu Jen-Hsun Huanga, oczywiście w Słonecznym Stanie. W zaledwie jednym mieście w Kalifornii (Santa Clara) główną siedzibę ma trzech gigantów produkcji zaawansowanych układów scalonych (AMD, Intel, Nvidia).
Pod względem wyceny rynkowej największą firmą w szeroko rozumianej branży półprzewodnikowej jest oczywiście Nvidia, która obecnie jest warta astronomiczne 3,3 biliona dolarów. Pod tym względem nikt się nie może z nią równać. Na drugim miejscu jest również amerykański Broadcom Inc., oferujący szeroką gamę produktów korzystających z technologii półprzewodnikowych – oprogramowanie infrastrukturalne, urządzenia przechowujące dane i urządzenia sieciowe. Broadcom warty jest według giełdy na Wall Street 1,14 biliona dolarów. Tajwańskie przedsiębiorstwo TSMC, dostarczające mniejsze układy scalone najwyższej generacji dla liderów produkcji mikroprocesorów – AMD, Intela czy Apple’a – wyceniane jest na okrągły bilion dolarów. Wycena kolejnych firm z branży nie przekracza 300 mld dolarów.
czytaj także
Nvidia wchodzi w mikroprocesory
Niebawem na rynku może dojść do trzęsienia ziemi, ponieważ w produkcję mikroprocesorów do komputerów osobistych zamierza włączyć się Nvidia. Krok ten może okazać się rewolucyjny nie tylko dlatego, że posiadające gigantyczny potencjał finansowy przedsiębiorstwo z Santa Clara w krótkim czasie zapewne stanie się jednym z liderów produkcji jednostek CPU do pecetów, wypychając zapewne przede wszystkim mającego sporą zadyszkę Intela.
Pozycja AMD wydaje się niezagrożona, tym bardziej że spółka ta dostarcza również procesory do konsol gamingowych (Playstation, Xbox) i już podpisała umowy zarówno z Sony, jak i Microsoftem na dostarczenie CPU do urządzeń nadchodzącej generacji. Nowy Xbox ma otrzymać 11-rdzeniowy procesor AMD Magnus Zen 6. Playstation otrzyma procesor AMD z ośmioma rdzeniami Zen 6. Poza tym na centralnych układach AMD oparte są praktycznie wszystkie handheldy, czyli coraz popularniejsze przenośne komputery gamingowe, wyglądające identycznie jak przenośne konsole (takie jak Nintendo Switch), ale działające na typowo komputerowych systemach operacyjnych (głównie Windows, czasem Linux).
Wejście Nvidii w produkcję CPU będzie rewolucyjne nie z powodu wypchnięcia Intela, ale zastosowania innej architektury procesorów. Zdecydowana większość centralnych jednostek obliczeniowych w PC jest oparta na mającej intelowskie pochodzenie architekturze x86. Jej głównym atrybutem jest wysoka wydajność, co zapewnia komputerom wysoką moc obliczeniową i szybkość, ale w zamian za duże zużycie energii. Nvidia zamierza postawić na architekturę ARM, której głównymi atrybutami są minimalne rozmiary oraz energooszczędność. Dotychczas były one stosowane głównie w urządzeniach przenośnych, które muszą mieć ograniczone rozmiary i wydajne baterie.
Zastosowanie architektury ARM w komputerach osobistych będzie przełomowe nie dlatego, że wydłuży działanie odłączonych od prądu laptopów czy ograniczy zużycie energii komputerów stacjonarnych. Przede wszystkim minimalne rozmiary tego rodzaju procesorów pozwolą na stworzenie na bazie ARM niezwykle wydajnych produktów generacji AI.
Procesory AI (NPU – neuronowa jednostka obliczeniowa) to płytki zapewniające przestrzeń obliczeniową do uczenia maszynowego. Najczęściej są więc one tylko elementem większych układów z dominującym w nich CPU. Nadchodzące właśnie najnowsze mikroprocesory generacji AI będą zaawansowanymi i bardzo złożonymi układami łączącymi w sobie moc obliczeniową CPU, GPU i NPU. Minimalne rozmiary architektury ARM nadają się więc do tego idealnie. Takie połączenie w ramach jednego układu zapewni komputerom PC niespotykane wcześniej szybkość i wydajność oraz możliwości, jakie daje AI.
czytaj także
Sztuczna inteligencja i eksplozja wydajności
Sztuczna inteligencja powszechnie kojarzona jest z programami typu ChatGPT czy algorytmami platform społecznościowych i różnego rodzaju usług streamingowych i chmurowych. Coraz częściej mówi się też o wykonywaniu przez nią skomplikowanych zadań w gospodarce. Microsoft dokonał masowych zwolnień programistów, ponieważ AI pisze już nawet 30 proc. kodu, a ten odsetek będzie rosnąć.
To jednak jej drugorzędne zastosowanie. Przełomowe będzie przede wszystkim drastyczne zwiększenie wydajności przeróżnych urządzeń elektronicznych. Jak to działa? Najlepiej wytłumaczyć to na przykładzie technologii DLSS (Deep Learning Super Sampling) opracowanej przez, a jakże, Nvidię.
DLSS opiera się na dołożeniu chipów NPU (rdzenie Tensor) do szerszych układów GPU (karty graficzne serii GeForce RTX). Dzięki temu GPU może renderować niższą rozdzielczość, gdyż NPU, nieustannie analizując obraz, „doczytuje” brakujące tekstury, bardzo wyraźnie podwyższając postrzeganą przez gracza jakość obrazu. W ten sposób wbudowana w kartę graficzną sztuczna inteligencja ściąga z GPU dużą część zadań, dając procesorowi graficznemu pole do zwiększenia wydajności. Dzięki temu obraz pojawia się nie w 30 klatkach na sekundę (FPS), co było do niedawna standardem, ale w 60 FPS na konsolach PS5 Pro (Sony korzysta z własnej technologii PSSR) lub nawet 120 FPS na mocnych komputerach osobistych z kartami GeForce RTX.
Analogiczne rozwiązania można wprowadzić w każdym innym procesie obliczeniowym w urządzeniach elektronicznych. To wciąż nie jest jednak takie proste przy obecnych technologiach. Żeby układy NPU rzeczywiście spełniały swoją służebną funkcję, muszą charakteryzować się mocą przynajmniej 40 bilionów operacji na sekundę (TOPS). Mowa o chipach NPU klasy TOPS 40+, które obecnie jednak są drogie; minie trochę czasu, zanim wejdą do powszechnego zastosowania, szczególnie w mniejszych urządzeniach.
W pierwszej kolejności zawitają one w komputerach osobistych. Według raportu Deloitte w 2024 roku rdzenie AI tak wysokiej klasy znajdowały się ledwie w jednej setnej sprzedanych na świecie pecetów. Niemal 80 proc. sprzedanych w zeszłym roku komputerów w ogóle nie miało w sobie chipów AI. W tym roku już co dziesiąty lub nawet co dziewiąty PC będzie zawierał w sobie układy NPU klasy TOPS 40+, a żadnych chipów AI nie będzie miało 60 proc. sprzedanych urządzeń.
Postęp w tym obszarze zachodzi jednak bardzo dynamicznie. W 2028 roku już 60 proc. sprzedawanych komputerów osobistych będzie mieć wbudowane układy NPU najwyższej klasy. Żadnych chipów generacji AI nie będzie miało ledwie 5 proc. komputerów, czyli mowa o zdecydowanie najniższym segmencie cenowym.
I o to właśnie toczy się gra w całej tej zawierusze o chipy generacji AI – o tworzenie urządzeń elektronicznych o niespotykanej wcześniej wydajności i szybkości, które przy okazji będą mogły szeroko wykorzystywać możliwości, jakie daje uczenie maszynowe. Właśnie dlatego Biden, kończąc swoją prezydenturę, wprowadził ograniczenia kwotowe na eksport najbardziej zaawansowanych układów scalonych wykorzystujących uczenie maszynowe, a do części państw – w tym Rosji i Chin – w ogóle zablokował dostawy chipów tej klasy. Trump zawiesił obowiązywanie tego prawa, ale wyłącznie w odniesieniu do państw z ograniczeniami kwotowymi. Ban na eksport do państw uznawanych za nieprzyjazne pozostawił.
Lokatorzy piszą pozwy z ChatemGPT. Czy AI pomoże zdemokratyzować samopomoc prawną?
czytaj także
Europa w ogonie branży półprzewodników
Branża półprzewodnikowa w zeszłym roku wzrosła o 19 proc., osiągając obroty na poziomie 611 mld dolarów. W tym roku będzie to prawdopodobnie niespełna 700 mld USD, a w 2030 roku przebije ona wartość biliona dolarów przychodów. Wartość czołowych spółek rośnie w ogromnym tempie. W połowie 2022 roku kapitalizacja rynkowa czołowych 10 firm z branży wynosiła 1,9 bln dolarów. Na koniec zeszłego roku było to już 6,5 bln USD, co oznacza wzrost o 235 proc.
Za większość tego przyrostu odpowiada oczywiście Nvidia, która jest warta niemal połowę wartości czołowej dziesiątki. Rynek jest napędzany właśnie przez chipy generacji AI, które w zeszłym roku odpowiadały za 125 mld dol. obrotów, czyli około jednej piątej. W 2028 roku będzie to już prawdopodobnie pół biliona USD ze sprzedaży układów scalonych NPU.
Niestety, Europa w tym wyścigu odpada. Jeszcze w latach 90. odpowiadała za produkcję 44 proc. układów scalonych na świecie. USA za 37 proc., a Japonia za 19 proc. W latach dwutysięcznych na rynek przebojem wtargnął Tajwan, który za sprawą TSMC momentalnie zdobył ponad jedną piątą rynku. Udział Europy spadł do 24 proc., a USA do 19 proc. W kolejnych dekadach udział UE stopniał najpierw do 13 proc., a następnie do obecnych 9 proc.
W celu poprawy pozycji UE na tym polu przyjęto European Chips Act, który zakłada inwestycje wartości 43 mld euro do 2030 roku. Docelowo do końca dekady UE ma odbudować swój udział w produkcji chipów do 20 proc. Niestety według prognoz na koniec dekady europejski udział jeszcze nawet spadnie do 8 proc. Liderami będą Chiny (22 proc.), Korea Płd. (19 proc.) i Tajwan (17 proc.). Udział USA wyniesie 13 proc.
Kluczowe będzie jednak produkowanie chipów NPU o mocy obliczeniowej przekraczającej 40 TOPS. A w tej dziedzinie dominują Amerykanie – Nvidia oraz AMD. Nie można też jeszcze skreślać Intela, chociaż prawdopodobnie zostanie wypchnięty z rynku procesorów przez Nvidię. Odkąd Chiny zostały odcięte od układów produkowanych przez te trzy firmy, muszą się ratować lokalnymi dostawcami, ale oni na tym polu dopiero raczkują.
Jednym z nich jest Biren Technology z Szanghaju, założony przez byłych pracowników Nvidii – zapewne pracowali tam w celu wydobycia know-how. Biren także jednak zmaga się z sankcjami, gdyż najwyższej klasy chipy sprowadzał z tajwańskiego TSMC, które stosuje się do amerykańskich sankcji, więc wstrzymało dostawy. Układ graficzny BR-100 zaprojektowany przez Birena miał docelowo wyprzedzić GPU produkowane przez Nvidię, ale z powodu sankcji firma musiała zredukować jego moc obliczeniową, by móc nadal pracować na chipach TSMC.
Intensywne badania nad układami scalonymi trwają na całym świecie. Mamy wyścig już nie tylko na produkcję i rozwijanie mocy produkcyjnych, ale też na badania i projektowanie chipów AI. Według danych instytutu Emerging Technology Observatory na tym polu przodują Chińczycy. W 2023 roku byli autorami co trzeciego badania nad projektowaniem chipów, a za 15 proc. takich badań odpowiadali Amerykanie. Za nimi znaleźli się Hindusi (8 proc.), a najlepsi w UE Niemcy tylko za 5 proc. Dodatkowo Francuzi za 3 proc., czyli za tyle samo co Rosjanie.
Co więcej, przyjęty przez UE akt o chipach nie daje wystarczających narzędzi, by nie odpaść z wyścigu. Wykazał to Europejski Trybunał Obrachunkowy, który dokonał jego surowej oceny. „Biorąc pod uwagę obecny poziom inwestycji w zdolności produkcyjne, jest bardzo mało prawdopodobne, aby strategia była wystarczająca do zrealizowania bardzo ambitnego celu cyfrowej dekady, zakładającego osiągnięcie przez UE do 2030 r. 20 proc. udziału w dochodach globalnego łańcucha wartości w tej branży. Obecnie przewiduje się, że w 2030 r. ten udział wyniesie jedynie 11,7 proc.” – czytamy w specjalnym raporcie ETO.
W unijnym Chips Act zapowiedziano inwestycje o łącznej wartości co najmniej 43 mld euro, przy czym oczekuje się dalszych inwestycji prywatnych o podobnej wartości. Jak wskazuje jednak ETO, większość tych środków to zasoby własne branży lub środki z budżetów państw członkowskich, natomiast Komisja Europejska odpowiada za ledwo 10 proc. przewidzianych środków publicznych.
Jakiego typu agentów AI próbuje stworzyć branża sztucznej inteligencji?
czytaj także
Przespana rewolucja technologiczna
Unia Europejska przespała więc kolejny kluczowy obszar globalnej rywalizacji mocarstw. W 2022 r. ocknęła się, że jest rozbrojona i nie ma potencjału produkcji chociażby pocisków artyleryjskich. Niemal równocześnie dotarło do niej, że odpadła w wyścigu o kluczową technologię nadchodzących dekad. Żeby zrobić cokolwiek, stworzyła program zupełnie nieadekwatny do sytuacji, gdyż do końca dekady zamierza zainwestować dziesięć razy mniej pieniędzy publicznych niż najwięksi producenci w ciągu ledwie kilku lat (405 mld euro w okresie 2020–2023).
Nie oznacza to jednak, że stoimy na całkowicie straconej pozycji. Pod względem sprzętu do produkcji półprzewodników – czyli tak zwanych kombajnów litograficznych – UE dominuje. Robi to dzięki zaledwie jednemu przedsiębiorstwu, czyli holenderskiemu ASML, którego kapitalizacja rynkowa sięga 293 mld dol. Tym samym jest czwartą co do wielkości spółką w branży półprzewodnikowej na świecie. Zaopatruje czołowych producentów układów scalonych – TSMC, Samsung czy Nvidię.
ASML jest monopolistą maszyn do litografii EUV, które są niezbędne do produkcji najbardziej zaawansowanych układów NPU. Nieprzypadkowo więc Donald Trump zwolnił z 15-procentowych ceł akurat sprzęt do produkcji chipów, chociaż zasadniczo branża została nimi objęta. Trzeba tu też zauważyć, że branża półprzewodnikowa jest obecnie przedmiotem dochodzenia w ramach przepisów z tzw. sekcji 232, w wyniku której administracja w Waszyngtonie określi dokładną politykę taryfową względem układów scalonych.
Komisja Europejska powinna więc aktywniej wykorzystywać ten atut, na przykład nakładając ograniczenia kwotowe na eksport najbardziej zaawansowanych kombajnów litograficznych. Nie zmienia to faktu, że jak wskazał ETO, cała branża półprzewodnikowa w UE zależy od ledwie kilku dużych przedsiębiorstw, z ASML na czele. W 2025 roku w USA znajduje się aż 95 zakładów produkujących urządzenia związane z półprzewodnikami. W Chinach jest ich 81. W Niemczech 22, we Francji 5, w pozostałych państwach co najwyżej jedna. W Polsce – okrągłe zero.
Uratować może nas zbliżenie z Wielką Brytanią, gdzie znajduje się 16 fabryk chipów. Europa ma jednak tak słaby punkt wyjścia i tak mizerne narzędzia stworzone przez KE, że dogonienie przez UE liderów branży półprzewodnikowej wydaje się równie prawdopodobne co zdobycie Ligi Mistrzów przez Górnika Zabrze.
