China und die Physik könnten unsere Träume von endloser Rechenleistung bald zerstören

Siliziumchip-Transistoren sind so klein, dass sie an ihre physikalischen Grenzen stoßen. Und die Firma, die viele davon herstellt, könnte etwas behindert werden, wenn Xi Jinping beschließt, in Taiwan einzumarschieren

In den 1950er Jahren gab ich einen erheblichen Teil meines Taschengeldes für den Kauf eines Transistors aus. Es handelte sich um einen kleinen Metallzylinder (etwa 5 mm Durchmesser und 7 mm Tiefe), aus dessen Basis drei Drähte herausragten. Ich brauchte es für ein kleines Radio, das ich baute, und der Kauf war für einen Jungen, der im ländlichen Irland lebt, eine große Sache. Meine verblüfften Eltern konnten nicht verstehen, warum dieses Ding, das ihr Sohn zwischen Finger und Daumen hielt, interessant sein könnte; und um ehrlich zu sein, konnte man es ihnen nicht verübeln.

Jetzt spulen wir sechs Jahrzehnte vor. Der A13-Prozessor, der das iPhone antreibt, mit dem ich ein Foto dieses ersten Transistors gefunden habe, hat 8,5 Milliarden davon auf einem Siliziumsplitter geätzt, der nicht größer als ein Fingernagel ist – ein „Chip“. Die nächste Generation dieser Chips wird Transistoren haben, die fast so klein sind wie der Durchmesser eines menschlichen Chromosoms.

Diese Fähigkeit, immer mehr Transistoren auf begrenztem Raum unterzubringen, hat uns das Mooresche Gesetz beschert – die Beobachtung, dass sich die Anzahl der Transistoren in einem integrierten Schaltkreis etwa alle zwei Jahre verdoppelt – und damit auch die Tatsache, dass sich die Computerleistung jedes Jahr verdoppelt hat zwei Jahre, solange die meisten von uns zurückdenken können. Die Geschichte, wie dies geschah, ist eine fesselnde Geschichte über Ingenieurs- und Fertigungsbrillanz und wird brillant von Chris Miller in seinem Bestseller „Chip War“ erzählt, der Pflichtlektüre für alle Tory-Minister sein sollte, die davon träumen, „Global Britain“ zu einer Technologie-Supermacht zu machen.

Doch mit diesem langen technologischen Fortschritt gingen Selbstgefälligkeit und Hybris einher. Wir kamen zu dem Schluss, dass wir es als gelöst betrachten könnten, wenn zur Lösung eines dringenden Problems nur mehr Rechenleistung erforderlich wäre. vielleicht nicht heute, aber sicher morgen.

Daran sind mindestens drei Dinge falsch. Das erste ist, dass viele der drängendsten Probleme der Menschheit nicht durch Computer gelöst werden können. Das ist eine Neuigkeit für das Silicon Valley, aber es ist wahr. Zweitens wird das Mooresche Gesetz bald mit den Gesetzen der Physik in Konflikt geraten. Wir kommen an den Punkt, an dem der kritische Teil eines Transistors – das „Gate“, durch das der Strom fließt – sich 2 Nanometern (nm – ein Milliardstel Meter) nähert und ein Siliziumatom einen Durchmesser von 0,2 nm hat, was bedeutet, dass dies der Fall ist Das Gate ist nur etwa 10 Siliziumatome breit. Ab diesem Punkt beginnen alle möglichen unangenehmen Wechselwirkungen zwischen den Atomen aufzutreten und die Herstellung wird wirklich problematisch.

Das dritte Problem besteht darin, dass es zwei kritische Engpässe in der Lieferkette für die High-End-Chips gibt, auf die die Technologiebranche ihre Zukunft setzt – einschließlich der Nvidia-Chips, die die meisten maschinellen Lernsysteme (oder KI-Systeme) wie ChatGPT antreiben.

Engpass A ist entstanden, weil es nur ein Unternehmen auf der Welt gibt – ASML in den Niederlanden –, das die extrem ultravioletten Lithographiemaschinen herstellen kann, die in der Lage sind, 2-nm-Transistoren auf Silizium zu „drucken“.

Diese Maschinen sind, wie MIT Technology Review erklärt hat, etwas ganz Besonderes: „Die Größe eines kleinen Busses und gefüllt mit 100.000 winzigen, koordinierten Mechanismen, einschließlich eines Systems, das eine bestimmte Wellenlänge hochenergetischen ultravioletten Lichts erzeugt, indem es geschmolzene Zinntropfen abstrahlt.“ mit einem Laser 50.000 Mal pro Sekunde. Es braucht vier 747, um eine an einen Kunden zu versenden. Und die Top-End-Maschinen kosten pro Jahr 350 US-Dollar.

Engpass B besteht, weil nur eine Handvoll Unternehmen die Kapazität haben, Chips auf 2-nm-Ebene herzustellen, und das mit Abstand führende Unternehmen – TSMC – hat seinen Sitz in – wissen Sie, wo? – Taiwan.

Wenn man diese beiden Engpässe zusammennimmt, entsteht etwas, was man nur als Panik in der Führung westlicher Volkswirtschaften bezeichnen kann. Das Monopol von ASML ist vielleicht kein so strategisches Problem: Schließlich handelt es sich um ein europäisches Unternehmen. Das größte Problem besteht darin, dass die Herstellung der Maschinen eine heikle, komplizierte und zeitaufwändige Angelegenheit ist. Und laut Financial Times verfügt das Unternehmen derzeit über einen Auftragsbestand von 40 Milliarden US-Dollar.

Doch die Einzigartigkeit von TSMC und seine Lage auf einer Insel, die das chinesische Regime als Teil des Festlandes betrachtet, lösen strategische Panik aus. Sowohl die USA als auch die EU bemühen sich darum, sicherzustellen, dass sie in ihrem jeweiligen Hoheitsgebiet über die Fähigkeit zur Herstellung von 2-nm-Chips verfügen. Das Problem besteht darin, dass man eine solche Kapazität nicht einfach dadurch heraufbeschwören kann, dass man Geld darauf wirft. TSMC selbst hat eine Fertigungsanlage in Arizona gebaut. Doch in seiner Rede anlässlich der feierlichen Eröffnung der Anlage im vergangenen Dezember sagte Morris Chang, der Gründer des Unternehmens, dass es nicht genügend qualifizierte amerikanische Arbeitskräfte für den Betrieb finden könne. Es schickte jeden neuen amerikanischen Rekruten für eine 18-monatige Ausbildung nach Taiwan und importierte sogar Ingenieure aus Taiwan, um das Werk in Arizona in Betrieb zu nehmen. Hoffentlich ist alles in Ordnung, bevor Xi sich dazu entschließt, „einen Putin zu machen“, und wir werden nicht mehr in der Lage sein, mit allem einen Chip zu haben.

Erhaltenes WissenToller Substack-Beitrag von Charles Arthur über eine Forschung, die einige Mythen über Online-Filterblasen in Frage stellt.

Berechnung einer HeilungFaszinierender London Review of Books-Blogpost von Liam Shaw über die Entdeckung von Medikamenten durch KI.

NebenleistungenEs gibt einen erfreulichen Beitrag von Helen Lewis im Atlantic über eine kürzliche Konferenz rechter Spinner.