Wojny półprzewodnikowe – droga do Pearl Harbor?

Wszyscy mówią o półprzewodnikach – przyjrzyjmy się im dokładniej. Wszyscy mówią o ich znaczeniu strategicznym – przyjrzyjmy się aktualnej sytuacji i zastanówmy się, do czego może ona doprowadzić – proponuje Jan ŚLIWA

Na wstępie powtórka (nie za długa) z fizyki. Pod względem przewodnictwa elektrycznego ciała stałe dzielą się na przewodniki, izolatory i półprzewodniki. W przewodnikach, np. metalach, elektrony na ostatnich powłokach są słabo związane i tworzą gaz elektronów swobodnych. W izolatorach (drewno, ceramika) elektrony są mocno związane z atomami w sieci krystalicznej, nie mają swobody ruchu. Półprzewodniki (krzem, german) mają właściwości pośrednie. Co ważne, domieszki innych pierwiastków (fosfor, bor) mogą lokalnie dawać nadmiar lub niedobór elektronów. Na granicy takich obszarów powstaje złącze, dające diodę – element przepuszczający prąd w jedną stronę. Struktura złożona z trzech takich obszarów daje tranzystor. Tranzystor może wzmacniać sygnał analogowy (dźwięk) – boomersi pamiętają przenośne radia tranzystorowe. Może też przełączać sygnał cyfrowy – co dało początek rewolucji cyfrowej. A ponieważ podstawowym materiałem jest tu krzem, dolina na południe od San Francisco, która była i jest centrum elektroniki i informatyki, została nazwana Silicon Valley. Krzem, jeden z najpowszechniejszych pierwiastków, towarzyszy nam od dawna. Jako krzemień (dwutlenek krzemu) służył w epoce kamiennej do wyrobu narzędzi i krzesania ognia. Możemy powiedzieć, że nasza cywilizacja (w różnych znaczeniach) zbudowana jest na piasku.

W końcu lat 50. zauważono, że na jednej płytce krzemowej da się wytworzyć więcej tranzystorów, tworzących złożony układ elektroniczny. Dało to początek układom scalonym, o których tu mówimy. Aby je wyprodukować, należy nanieść na płytkę wzór o skomplikowanej geometrii za pomocą maski i napylania domieszek. Kiedyś przygotowywano taką maskę ręcznie, a w układzie było kilka bramek logicznych.

Przeskoczmy do współczesności. Najbardziej złożone układy scalone (chipy) to mikroprocesory. W tej chwili (listopad 2022) liderem jest Apple M1 Ultra, produkowany przez tajwańską firmę TSMC, o której za chwilę. Mikroprocesor ten zbudowany jest z co najmniej 114 miliardów tranzystorów na płytce krzemowej o wymiarach 2×4 cm. Zawiera 20 procesorów standardowych i 64 graficzne, do tego blok sieci neuronalnych dla sztucznej inteligencji. Posiada do 128 gigabajtów pamięci. Pobiera 215 watów (dwie mocne żarówki), a więc chłodzenie to sprawa krytyczna.

By zbudować takie monstrum, trzeba pokonać następujące problemy:

• ekstremalnie skomplikowany układ logiczny,
• wielowarstwowa, wielka płytka,
• maksymalna gęstość struktur na krzemie,
• możliwie szybki takt zegara,
• sensowny pobór mocy i chłodzenie,
• niezawodność.

Liczbę i gęstość struktur zwiększamy, zmniejszając ich rozmiary. Delikatne elementy są bardziej podatne na usterki, małe odległości między nimi powodują przesłuchy. Podstawową wielkość struktur podaje się w nanometrach (nm), miliardowych częściach metra. Wspomniany chip wykonany jest w technologii 5 nm, osiągalne są rozmiary 2 nm. Ludzki włos ma średnicę 70 000 nm.

Streszczając zwięźle powyższe wywody, trzeba powiedzieć, że wszystko to jest POTWORNIE TRUDNE.

Można zapytać, co taka ekstremalna moc zmienia. W pralkach na pewno nie jest potrzebna. Gdy jednak budujemy supermocne i superszybkie serwery, będziemy ją doceniać. Przykładem są złożone obliczenia numeryczne wykorzystywane w symulacji zmian klimatu lub wybuchu jądrowego czy też generowaniu ruszających się piłkarzyków w grze komputerowej, obracanych, kolorowanych i cieniowanych. Ważne są zadania sztucznej inteligencji, jak rozpoznawanie obrazów – w wykrywaniu komórek rakowych lub identyfikowaniu osobników demonstrujących przeciwko władzy. Dalej mamy zastosowania kosmiczne i wojskowe, w których dodatkową trudność stanowią rozszerzony zakres temperatur otoczenia, wstrząsy itp.

Więc jeżeli jest to potwornie trudne, niewiele jest firm potrafiących takie procesory wytworzyć. Mamy przy tym dwie podstawowe fazy – projekt i produkcję. Łatwo się domyślić, że zaprojektowanie chipu o 100 miliardach tranzystorów to wyzwanie. Oprócz konkretnego projektu trzeba też mieć software, który pozwoli na rozpracowanie tak ogromnego układu elektronicznego i na jego weryfikację logiczną. Drugim etapem jest produkcja. Jest to też bardzo drogie – fabryka TSMC w technologii 3 nm kosztowała w 2020 roku 20 mld dolarów. Krótki cykl technologiczny powoduje, że to, co było najlepsze wczoraj, nie jest najlepsze dzisiaj – choć wciąż jest bardzo dobre. Daje to duży odsiew, na rynku pozostaje niewielu. Czołowymi producentami są tajwański TSMC, koreański Samsung i amerykański Intel. Goni je chiński SMIC, który musi nadganiać ze względów strategicznych. Z kolei najlepsze maszyny do produkcji chipów metodą fotolitografii (tworzenie ścieżek za pomocą promieniowania ultrafioletowego) dostarcza holenderska firma ASML.

Tak to wszystko w miarę spokojnie działało, aż tu nagle Amerykanie ogłosili embargo dla Chin na wiele elementów pozwalających na produkcję półprzewodników. Wielu to ledwo zauważyło, bo zostało przykryte innymi wydarzeniami. Restrykcje zostały ogłoszone 7 października 2022 r., na kilka dni przed zjazdem Chińskiej Partii Komunistycznej (16–22 października). Uwaga całego świata skierowana była na Pekin, a i Chińczycy zajmowali się swoimi sprawami. Embargo dotyczy sprzedaży Chinom software’u do projektowania chipów, eksportu maszyn do ich produkcji, produkcji chipów na zamówienie, jak również eksportu gotowych elementów. Chodzi o szczytowe technologie, nie o chipy do pralek – które zresztą Chińczycy swobodnie produkują sami. Dalej – żaden obywatel lub mieszkaniec Stanów Zjednoczonych nie może pracować dla firm znajdujących się na czarnej liście, nie może nawet zapewniać serwisu i napraw sprzętu dostarczonego wcześniej. Setki amerykańskich managerów o chińskich korzeniach będzie musiało wybrać między zachowaniem obywatelstwa a karierą.

Restrykcje te mają stosować firmy w Ameryce oraz w krajach sojuszniczych, jak tajwańska firma TSMC i holenderska ASML. Objęta jest nimi każda firma, która wykorzystuje amerykańskie technologie lub produkty. Każde „dotknięcie” Ameryki w procesie produkcyjnym ma konsekwencje. Jak powiedział Henry Kissinger: „Niebezpiecznie jest być wrogiem Ameryki, ale bycie jej przyjacielem może być fatalne”. Dla osłody Ameryka proponuje sojusznikom porozumienie „Chip 4” między nią w roli głównej, Tajwanem (nr 1 w produkcji procesorów), Koreą (nr 1 w produkcji chipów pamięci) i Japonią (nr 1 w sprzęcie). Promowanie tego związku było jednym z głównych celów wizyty Nancy Pelosi w Azji. Ceną nowej synergii miałaby być redukcja stosunków z Chinami, co nie jest takie proste.

Jeżeli się temu dobrze przyjrzeć, to restrykcje te mają siłę bomby atomowej. Przypominają reguły COCOM stosowane podczas zimnej wojny wobec bloku wschodniego. Przy nich wojna handlowa Trumpa to prawie pieszczoty. Chodzi tu o położenie na łopatki szczytowej technologii chińskiej, zablokowanie wszystkich ambicji Chin. Nie jest pewne, jaki przyniesie to skutek. Przede wszystkim – sankcje nakładane przez jeden blok prowadzą do konsolidacji bloku przeciwnika. Dalej – czego się nie da otrzymać jedną drogą, można dostać inną. Wreszcie ograniczenie importu motywuje do poszukiwania własnych rozwiązań.

W dziedzinie wysokich technologii nie ma wielu potencjalnych sojuszników. Rosja jest za słaba, mogą coś dać Indie. Ale nie lekceważyłbym samych Chin. Zależnie od sympatii komentatora można usłyszeć różne informacje o stopniu opóźnienia. W zasadzie przy odcięciu od technologii i informacji opóźnienie powinno się powiększać. Ale można podkupić ludzi. Sama firma TSMC została stworzona przez wykształconych w Ameryce Chińczyków. Pouczająca jest dalsza historia Liang Mong Songa, jednego z jej założycieli, błyskotliwego managera, który nie znajdując sobie dość miejsca w TSMC, najpierw przeszedł do Samsunga, zdradzając sekrety poprzedniej firmy, po czym znów nieusatysfakcjonowany został zwerbowany przez firmę SMIC, osiągając zawrotną jak na Chiny Ludowe pensję 1,5 miliona dolarów rocznie. Gdy trzeba, pieniądze się znajdą. Za każdym razem ściągał za sobą sporą ekipę inżynierów. Pokazuje to, że ewentualna utrata amerykańskiego obywatelstwa może zostać skompensowana innymi przywilejami. Do tego zakaz eksportu do Chin uderza najpierw w amerykańskie firmy – i to mocno. Stopień powiązań obu gospodarek pozwala na odwet również w innych dziedzinach. Chiny kontrolują na przykład dużą część zasobów metali ziem rzadkich, niezbędnych w elektronice. Może się okazać, że Ameryka – kolokwialnie mówiąc – nadepnie na grabie.

Dlaczego jednak akurat teraz ta akcja? Po co dążenie do walki na dwa fronty podczas przeciągającej się wojny na Ukrainie? Może Amerykanie stwierdzili, że znajdują się w pułapce Tukidydesa. Jeżeli teraz sprawy nie załatwią, to może być za późno. Ale starzejący się przywódcy, czujący, że czas im się kończy, są niebezpieczni. W takiej sytuacji jest zarówno Joe Biden, jak i Xi Jinping. Ten ostatni zapowiedział wcielenie do Chin (niekoniecznie pokojowe) Tajwanu do roku 2049, na setną rocznicę Chińskiej Republiki Ludowej. To jeszcze 27 lat, Xi Jinping miałby wtedy 96 lat. Za dużo, trzeba sprawę załatwić wcześniej.

Jeżeli zdaje sobie sprawę, że ludność Chin przeszła już przez maksimum i demografia pracuje na ich niekorzyść, to tym bardziej czas się kończy. Przynajmniej dla niego, jeżeli chce przejść do historii jako Wielki Jednoczyciel. Jego władza jest coraz silniejsza, a starzejący się jedynowładca to też zagrożenie. Pamiętamy scenę wyprowadzenia ze zjazdu partii Hu Jintao, poprzedniego przewodniczącego. Podeszło do niego dwóch funkcjonariuszy i pomogło mu wyjść, nie do końca dobrowolnie. Ale największe wrażenie wywierało zachowanie towarzyszy w pierwszym rzędzie – nikt nie zapyta, jak się czuje, nikt na niego nawet nie spojrzy, nikt nawet nie drgnie. Już jest „nieosobą”. Przypomina to dawne historie o Stalinie, wiele mówi o panujących tam stosunkach.

Ale co konkretnie chcą osiągnąć Amerykanie? Ściśle zastosowane restrykcje to casus belli. Podobna była sytuacja w 1941 r. Japończycy marzyli o azjatyckim imperium, lecz na wyspach brakowało im surowców. Postanowili więc zdobyć je na sąsiadach, zaczynając od Chin. Wciąż mieli poprawne stosunki z Ameryką, importując od niej np. ropę naftową. Jednak zwłaszcza po masakrach w Chinach stosunki się zdecydowanie pogorszyły. W końcu Ameryka zatrzymała eksport ropy, stawiając Japonię pod murem. Negocjacje trwały kilka miesięcy, Amerykanie byli nieustępliwi, zażądali bezwarunkowego wycofania się Japończyków z Chin. Nie twierdzę tu, że Japończycy mieli rację, jednak według własnej logiki zostali dociśnięci tak, że nie mieli wyboru. Zdecydowali się na prewencyjny atak na Pearl Harbor, który miał wyłączyć amerykańską flotę z Pacyfiku.

Okazało się, że zamiast wyłączyć Amerykę z gry, sprowokowali ją do działania. Kolejny przypadek rozumowania „załatwmy coś szybko, potem będzie spokój”. Jak Hitler: „Jeszcze tylko Anglia, jeszcze tylko szybko Związek Sowiecki, jeszcze tylko szybko Ameryka, póki nie urośnie w siłę”. Albo obecnie: „Zajmiemy szybko Kijów, potem powitają nas z kwiatami”. Wiele wojen zaczyna się od rozumowania „jeszcze tylko szybko”, „wykorzystajmy okno możliwości” albo „czas pracuje na ich korzyść”.

Co się może stać? Zaakceptowanie przez Chiny amerykańskich warunków to podobnie jak dla Japonii w 1941 r. rezygnacja z ambitnych celów. Załamanie postępu technicznego, może zastój gospodarczy poprzez utratę konkurencyjności. Jeżeli nawet nie koniec ważnego propagandowo programu kosmicznego, to realizacja na pół gwizdka. No i olbrzymia utrata twarzy, a to może mieć konsekwencje. Dla wielu Chińczyków „przejściowe trudności” były akceptowalne przy założeniu, że „razem walczymy o prymat światowy”.

Więc może Tajwan, tak drażniący i pełen zasobów? Pamiętajmy, że Tajwan rzadko był pod panowaniem chińskim. Był kolonią portugalską jako Ilha Formosa („Piękna Wyspa”), był też do końca II wojny światowej kolonią japońską, co przyniosło mu ucisk narodowy, ale i rozwój gospodarczy. Od 1945 r. był rządzony przez Czang Kaj-szeka i chińskich emigrantów z kontynentu, stanowiących dla wielu Tajwańczyków ciało obce. Tajwańczycy mają rosnące poczucie odrębności narodowej. Jednak zwłaszcza młode pokolenie nie ma wielkiej ochoty na walkę zbrojną, choć takie rzeczy ujawniają się w czasie próby.

Wyspa jest cenna jako niezniszczona całość (podobnie mówiono o Ukrainie). Zwłaszcza firma TSMC to klejnot koronny, ubezpieczenie, podobnie jak dla Szwajcarii były jej banki. Buduje się centra produkcyjne poza Tajwanem, rozpatruje się ewakuację całej firmy na wypadek wojny. Ale to byłoby działanie dla dobra reszty świata, niekoniecznie dla Tajwanu.

.Nie sądzę, by wysłano milion hunwejbinów do dewastacji wyspy. Co prawda wysłanie do akcji milionów hunwejbinów podczas rewolucji kulturalnej też nie miało sensu, ale pamiętajmy, że jeżeli coś nie ma sensu, to nie znaczy, że się nie zdarzy. Również nie ma sensu pełnoskalowy konflikt (podobnie mówiono w Europie w roku 1914). Wierzę jednak w rozsądek obu stron, w końcu studiują Sun Tzu. Logiczny byłby ciąg nacisków, szantaży i podkupywania elit, by Tajwan wpadł w ręce jak dojrzały owoc. To jednak z kolei byłoby utratą twarzy dla Ameryki, utratą wiarygodności jako sojusznika. Konflikt w Europie, konflikt w Azji – co wybrać?

I co to znaczy dla Polski?

Jan Śliwa