США безнадёжно проигрывают Китаю по научному потенциалу в микроэлектронике, и санкции ничего не изменят

Китай стремительно укрепляет свои позиции в сфере проектирования и производства чипов следующего поколения, опережая США как по количеству научных публикаций, так и по их значимости. По данным Джорджтаунского университета (GU), в период с 2018 по 2023 год китайские исследователи опубликовали в два с лишним раза больше научных работ, чем их американские коллеги. Эти фундаментальные исследования ставят под угрозу эффективность экспортного контроля США, что может привести к утрате их доминирующего положения в разработке передовых микросхем.

Источник изображения: Mathew Schwartz / Unsplash

При этом 50 % статей, вошедших в 10 % наиболее цитируемых работ в данной области, были написаны при участии авторов из Китая. Для сравнения: американские исследователи участвовали лишь в 22 % таких публикаций, а европейские учёные — в 17 %. Этот разрыв свидетельствует о целенаправленной стратегии Китая, направленной на достижение лидирующих позиций в фундаментальных исследованиях в области микроэлектроники.

Китайские исследования охватывают широкий спектр научных дисциплин, включая физику, материаловедение, электронику, компьютерные науки и ИИ. В центре внимания китайских учёных — традиционные кремниевые полупроводниковые чипы, специализированные графические процессоры (GPU) для ИИ, принципиально новые вычислительные архитектуры, нейроморфные процессоры и оптические микросхемы. Эти технологии способны коренным образом изменить вычислительные системы, повысив их производительность и энергоэффективность, что делает их стратегически важными для будущего высокопроизводительных вычислений.

Аналитики Обсерватории передовых технологий (ETO) использовали методы машинного обучения (ML) для обработки и классификации тысяч научных публикаций, сосредоточившись на прорывных технологиях, а не на инкрементальных коммерческих улучшениях, которые зачастую остаются корпоративными секретами. Такой подход позволил выявить ключевые направления научных исследований, определяющие, какие страны займут лидирующие позиции в разработке высокотехнологичных вычислительных систем.

Топ-цитируемые исследования — это 10 % статей за каждый год, набравшие наибольшее количество цитирований. Источник изображения: ETO

Анализ включал только статьи с аннотациями на английском языке, что подчёркивает их международную значимость. Это означает, что в выборку вошли лишь те работы китайских исследователей, которые ориентированы на международную научную аудиторию, а не внутренние исследования, публикуемые исключительно на китайском языке. Однако даже в таком отборе Китай демонстрирует значительное преимущество перед США и Европой.

Юньцзи Чэнь (Yunji Chen), глава Государственной ключевой лаборатории процессоров в Пекине и соучредитель компании Cambricon, отмечает, что Китай добился значительных успехов в проектировании специализированных ИИ-чипов. Однако, по его словам, производство остаётся узким местом, главным образом из-за экспортных ограничений США. Введение санкций существенно затруднило доступ Китая к передовым литографическим установкам и высокопроизводительным полупроводниковым компонентам, что сдерживает развитие китайской микроэлектронной индустрии.

С октября 2022 года Министерство торговли США (DOC) запретило продажу в Китай передовых микросхем и оборудования для их производства. Американские власти объяснили этот шаг тем, что Пекин использует ИИ для «мониторинга, отслеживания и наблюдения за собственными гражданами», а также для развития военных технологий. Несмотря на эти меры, китайские исследования не только не замедлились, но и продолжают усиливать своё влияние на мировую научную среду.

Чип Cambrian-1 компании Cambricon использует вычислительную архитектуру, специально разработанную для глубокого обучения ИИ. Источник изображения: Institute of Computing Technology, Chinese Academy of Sciences

Наиболее перспективные направления китайских исследований включают нейроморфные вычисления и оптические процессоры. Первые моделируют работу биологических нейронных сетей, что позволяет создавать более энергоэффективные и высокопроизводительные вычислительные системы. Вторые, использующие фотонные технологии, способны заменить электронные транзисторы и значительно повысить скорость обработки данных. Китай уже лидирует в обеих этих областях по количеству публикаций, что подчёркивает его стратегическое преимущество в разработке новых вычислительных архитектур.

Джейкоб Фельдгойзе (Jacob Feldgoise), аналитик Центра безопасности и передовых технологий при GU, указывает, что Китай активно разрабатывает следующее поколение вычислительных технологий, в отношении которых США не обладают монополией. В отличие от традиционных полупроводниковых технологий, для реализации этих решений не требуется доступ к высокоточному оборудованию, находящемуся под экспортными ограничениями. Это делает усилия США по сдерживанию китайского технологического прогресса значительно менее эффективными.