США проиграли гонку за чипы будущего — Китай стал абсолютным лидером в фундаментальных исследованиях

Аналитический отчёт ETO Джорджтаунского университета в Вашингтоне (Georgetown University) о состоянии дел с исследованиями в области производства чипов следующего поколения показал неприглядную для США картину: Китай стал абсолютным лидером в сфере разработок. При подавляющем большинстве наиболее цитируемых работ китайских университетов, в отчёте нет ни одного упоминания о работах учебных заведений из США.

Источник изображения: Henry Wong/SCMP

Рапорт Emerging Technology Observatory (ETO) охватывает период с 2018 по 2023 годы. Он не затрагивает патенты и внутренние исследования компаний. Документ анализирует научные работы, посвящённые глобальным или фундаментальным исследованиям в области производства полупроводников следующего поколения. Иными словами, тем работам, которые буквально нацелены на завтрашний и послезавтрашний день. Например, это разработки нейронных архитектур, подобных структуре человеческого мозга, и оптические вычисления.

Отдельно аналитики делают вывод, что у США есть только один вариант давления на Китай — это экспортные ограничения. На каком-то этапе это может помочь выиграть полупроводниковую гонку у Китая, однако в долгосрочной перспективе позиция США крайне слабая и неустойчивая. Помимо прочего, экспортные ограничения со стороны США заставляют Китай активизировать усилия в сфере передовых разработок.

В частности, в рапорте ETO указано, что за отчётный период девять из десяти наиболее масштабных англоязычных работ в области полупроводников были опубликованы китайскими институтами и университетами, а восемь китайских университетов входят в топ-10 по статьям, которые попадают в 10 % самых цитируемых ежегодно за этот период.

Только два научных учреждения из других стран попали в эти два списка: Национальный центр научных исследований (Centre National de la Recherche Scientifique) во Франции занял третье место по общему количеству опубликованных статей и 10-е место по количеству цитирований; Национальный университет Сингапура (National University of Singapore) занял девятое место по числу наиболее цитируемых исследований. Ни одно учреждение из Соединённых Штатов не вошло в топ-10 по общему количеству опубликованных статей или по числу наиболее цитируемых статей.

Список лидирующих в рапорте ETO научных организаций возглавила Китайская академия наук (Chinese Academy of Sciences). Это целая сеть с институтами по всему Китаю и, похоже, крупнейшая исследовательская организация в мире. Академия лидирует как по общему количеству опубликованных статей, так и по числу наиболее цитируемых статей, опубликованных с 2018 по 2023 год. За этот период CAS опубликовала более 14 300 статей, связанных с чипами, из которых более 3400 были включены в список наиболее цитируемых статей.

Одна из команд Пекинского университета. Источник изображения: Xinhua

Одним из самых популярных направлений исследований в CAS являются нейроморфные вычисления, которые призваны имитировать человеческий мозг и могут революционизировать дизайн чипов, обещая более адаптивную и эффективную обработку данных. Собственно, CAS возглавила рейтинг ETO в области, включающей нейроморфные вычисления.

Новым достижением под эгидой CAS стала разработка первого в мире микрочипа на основе углерода, который может выполнять задачи искусственного интеллекта. В январской статье, опубликованной в журнале Science Advances, говорится, что чипы на транзисторах из углеродных нанотрубок могут обрабатывать данные не только в единицах и нулях, как большинство современных электронных устройств, но и использовать третье значение. Эта троичная логическая система может обеспечить более быстрые вычисления с меньшими затратами энергии.

Второе место в списке ETO по общему количеству опубликованных статей о разработке и изготовлении чипов (около 7850) занял Университет Китайской академии наук (UCAS). Это государственный университет в Пекине, входящий в состав CAS. Он также стал вторым по количеству наиболее цитируемых статей (около 1750 статей). Это заведение также вошло в топ-10 отчёта ETO в сфере исследований в области нейроморфных вычислений и устройств. Четвёртое место в списке наиболее цитируемых статей о чипах заняла работа CAS и UCAS о методе структурного анализа, применённого к графеновым материалам (опубликована в 2018 году в Chemical Society Reviews).

Университет Цинхуа в Пекине (Tsinghua University) — один из двух ведущих университетов Китая, входящий в число 20 лучших университетов мира — по опубликованным исследованиям в области чипов с почти 4650 статьями занял пятое место в списке ETO и третье место в списке самых цитируемых статей с почти 1280 статьями. С 2020 года в университете работает вернувшийся из США учёный Сунь Нан (Sun Nan), который помог создать в Китае более 50 ультрасовременных чипов для транспорта и энергетики. Также этот специалист работает над локализацией производства чипов в Китае.

Университет Цинхуа занял четвёртое место в списке топ-10 ETO по исследованиям, которые включают в себя глубокое обучение и исследования на основе нейронных сетей, а также в 2023 году разработал местный аналог мемристора.

Расположенный в Чэнду (в провинции Сычуань) и спонсируемый Министерством промышленности и информационных технологий Университет электронных наук и технологий Китая (UESTC) занял четвёртое место в списке ETO по общему количеству статей, опубликовав почти 5240 статей. В частности, исследователи UESTC добились прогресса в создании квантового чипа, впервые использовав обычный полупроводник для создания квантового источника света. Кроме того, университет вместе с компанией Huawei Technologies работает над улучшением приёмников для радаров.

Один из старейших в Китае Нанкинский университет (Nanjing University) занял шестое место в списке ETO по исследованиям в области чипов, опубликовав за отчётный период около 4250 научных работ. Он занял четвёртое место в списке самых цитируемых статей с 930 работами. Опубликованная учёными университета в журнале Nature в 2018 году статья по проектированию и изготовлению чипов стала самой цитируемой с 2018 по 2023 год (2043 цитаты). Нанкинский университет по версии ETO также вошёл в топ-10 по количеству опубликованных исследований в области квантовых вычислений и квантовых процессоров.

Хуачжунский университет науки и технологий (HUST) в Ухане занял восьмое место в списке ETO по количеству опубликованных статей, набрав за этот период чуть более 3660 работ. Он занял пятое место по количеству наиболее цитируемых статей, число которых приблизилось к 890. В 2023 году в университет из США вернулся инженер Ван Хуанью (Wang Huanyu), отработавший около двух лет в центре разработок Apple.

Чжэцзянский университет (Zhejiang University) занял девятое место в списке ETO по количеству опубликованных исследований (около 3580 статей) и шестое место по количеству наиболее цитируемых статей (почти 870 статей). Университет также занимает верхние позиции в двух областях исследований, связанных с фотоникой — разделом оптики, который использует энергию света с помощью фотонов для различных применений.

Фотонные чипы используют свет или фотоны, а не электроны, для обработки и передачи информации, которая распространяется быстрее и, следовательно, может привести к повышению скорости передачи данных. По данным ETO, фотоника всё чаще используется для создания высокоскоростных сетей и передачи данных между процессорами.

Пекинский университет, входящий в число 20 лучших университетов мира и один из двух лучших университетов Китая, занял 10-е место в списке ETO по общему количеству опубликованных статей (около 3440 статей). Пекинский университет занял восьмое место по количеству наиболее цитируемых статей — 810.

Созданный в Китае без передовых литографов самый быстрый транзистор в мире

В феврале команда из Пекинского университета под руководством Пэн Хайлиня (Peng Hailin ) заявила, что ей удалось превзойти ограничения в производительности чипов с помощью 2D-транзистора собственной разработки, который превосходит по производительности самые передовые устройства аналогичного уровня от Intel, TSMC и Samsung при одинаковых условиях эксплуатации.

Они заявили, что их устройство может быть изготовлено с использованием существующих технологий обработки и без использования кремния. Это важно для Китая, поскольку в настоящее время он не может производить самые современные транзисторы на основе кремния из-за санкций, введённых США.