Vladimir Djurdjič: Svetla in temna stran sveta čipov

Svetla leta računalništva so bila vselej tesno povezana s hitrim razvojem polprevodniških elementov, predvsem procesorjev. Tekma za vse večjo zmogljivost napaja in navdihuje razvoj vsega drugega, kar nastaja na podlagi teh gradnikov. Toda kljub temu da Moorov zakon o številu tranzistorjev, ki se podvojijo v čipih vsakih 18 mesecev, še vedno velja in je v resnici redno zlahka presežen, razmere danes še zdaleč niso tako bleščeče, kot se zdi.

Potencial je še vedno, saj se poraba polprevodniških elementov še vedno veča, čeprav morda ne več tako divje kakor v najboljših letih razvoja računalniške industrije. Toda kot pravijo sami veterani, so časi prešernih nasmeškov in domala brezbrižnega vlaganja v razvoj že davno mimo. Danes se soočajo z vse večjimi stroški, številno in močno konkurenco, na drugi strani pa zelo pogosto zasičenostjo trga, kar zahteva veliko pozornosti in poznavanja razmer, da ohranijo dobičkonosnost. Težavne razmere vplivajo tudi na največje, kaj šele na male specializirane izdelovalce, ki jih je vse več. Tudi center moči je drug, saj se zdi, da ZDA kot vodilni izdelovalec na tem področju vse bolj izgubljajo primat, ne samo v proizvodnji, kjer so seveda poglavitni stroški, temveč tudi pri samem snovanju in razvoju novih komponent.

Lep zgled težavnih razmer je, denimo, Intel, velikan, ki je v preteklosti zagotovo bolj blestel kakor danes. Na prvi pogled neulovljivo prednost je v zgolj nekaj letih zapravil, tako zaradi konkurence kot tudi zaradi lastnih nespametnih potez. AMD pa je, po drugi strani, po dolgih letih vegetiranja nekje na robu dobil pomemben tržni delež, pa čeprav je moral prej dolgo životariti na robu dobičkonosnosti ali celo pod njim, da bi vzdržal manevre večjega tekmeca. Toda Intel ni zapravil položaja samo zaradi močnejše konkurence, temveč zlasti zaradi svojih napak. Dovolj je bilo eno leto, polno težav v fazi snovanja, pa so se razmere drastično spremenile. V Intelu sicer o tem ne govorijo preveč radi, toda v fazi razvoja procesorjev so morali zavreči en cel rod izdelkov ali celo dva, da bi zopet ujeli rdečo nit. Zagotovo pa jim je zagodla tudi že dobro znana zgodba o ne preveč posrečenem procesorju Itanium, ki tudi nekaj let po predstavitvi vegetira nekje na obrobju pomembnosti na trgu procesorjev.

O tem, kako tvegane so razmere na trgu polprevodnikov, zgovorno priča poročilo z nedavne konference ISSCC, na kateri se vsako leto zberejo različni izdelovalci s tega področja. Vedno manjši elementi in večanje števila sestavnih delov drastično vpliva na stroške razvoja in proizvodnjo izdelkov. V časih, ko so čipi uporabljali 180-nm (0,18-mikronsko) arhitekturo, nekako pred šestimi leti, je razvoj stal okrog 5 milijonov dolarjev. Ob prehodu na 130-nm arhitekturo pred dvema letoma pa so se stroški podvojili. Danes, ko bo za uspeh kmalu treba obvladovati 65-nm arhitekturo, razvoj teh izdelkov stane od 45 do 50 milijonov dolarjev. Desetkrat več kot pred šestimi leti!

Podobno je na področju proizvodnje. Leta 1997 je bila "moderna" 250-nm arhitektura, rast prodaje pa je dosegala 16 odstotkov na letni ravni. Letos se izdelovalci čipov pripravljajo na proizvodnjo 45-nm arhitekture, stroški priprave teh tovarn pa so se v primerjavi z minulim desetletjem povečali za dvanajstkrat. Ob tem pa bodo morali biti vsi skupaj zadovoljni, če bo večanje prodaje na letni ravni dosegalo stopnjo 6 %. Poleg tega se isti izdelovalci ubadajo z vse večjimi neprodanimi zalogami že proizvedenih elementov in to jih sili k zniževanju cen zaradi premajhnega povpraševanja. Sodeč po oceni družbe iSuppli, je ta hip na svetu za okrog 4 milijarde dolarjev neprodanih zalog. To je največja stopnja od leta 2001, ko se je zgodil znameniti zlom v celotni IT industriji, zato že napovedujejo nov val pocenitev, da bi pridobili kupce. Kako drugače kot v devetdesetih, ko je proizvodnja komaj dohajala povpraševanje, zalog pa marsikje sploh ni bilo.

Resnici na ljubo je za tako stanje bolj ali manj kriva ista polprevodniška industrija, ki morda v zadnjih letih konceptualno preveč caplja na mestu in na trg ponuja izdelke, ki jih ni prav lahko izkoristiti. Če so v devetdesetih letih novi izdelki prinašali jasne in takoj otipljive prednosti, je za današnje procesorje, pa tudi druge polprevodniške elemente, to precej teže določiti. Pred desetimi leti si kupil nov procesor z višjo frekvenco in učinek je bil viden že na prvi pogled. Danes kupiš nov procesor z dvema ali celo štirimi jedri, zaradi neprilagojenih programov pa učinka domala ne zaznaš. Prav prepad med tem, kar znajo narediti razvijalci čipov, in tem, kako je to uporabljeno v programski opremi, je bržkone poglavitni razlog za to, da je povpraševanje zastalo. Ob pomanjkanju novih zamisli dosedanji izdelki povsem ustrezajo, novi niso prepričljivi.

Kljub temu razvijalci polprevodnikov slepo drvijo naprej in iščejo nove in nove poti, a te so vprašljive, če v ozadju ne bo aplikacij, ki bi jih "krvavo" potrebovale. Intel je tako na isti konferenci ISSCC prikazal prototip procesorja z 80 jedri. Impresivno, toda kako bodo zanj napisali učinkovito programsko opremo, ki bo vsaj malo izkoristila vso to moč? Ozrite se samo okrog sebe in preštejte, koliko programov s pridom izkorišča dvojna jedra v sodobnih procesorjih. Zakaj naj bi se to v prihodnosti drastično spremenilo? Kje so tako zelo napovedovani in obljubljani (učinkoviti) algoritmi za prepoznavanje govora, vida, gibanja, pri katerih bi taka procesna moč prišla do izraza? Če bi bil razvoj med strojno in programsko opremo bolj usklajen, bi bile razmere najbrž drugačne.

Toda kljub vsemu velja v prihodnost zreti optimistično. Če ne zaradi drugega, pa zato, ker zgodovina kaže, da so taki trenutki "zatišja" pogosto odlično izhodišče za preboj nečesa nepričakovanega. Tako, kot se je v zadnjem desetletju zgodilo z internetom. Pred polprevodniško industrijo je še precej izzivov, kot je kvantno računalništvo z gradniki na ravni molekul ali celo atomov. Pa procesorji, ki se samodejno prilagajajo različnim programom in operacijskim sistemom, kot se kameleon prilagaja barvi okolja. Izzivi prihajajo tudi z združevanjem različnih področij znanosti, kot so računalništvo in biogenetika. Treba bo torej zajadrati na nova področja, ne zgolj zagotavljati večne "združljivosti nazaj". Toda navada je železna srajca, zato je vprašanje, če bodo prvaki preteklosti tudi prvaki prihodnosti.

Pred desetimi leti si kupil nov procesor z višjo frekvenco in učinek je bil viden že na prvi pogled. Danes kupiš nov procesor z dvema ali celo štirimi jedri, zaradi neprilagojenih programov pa učinka domala ne zaznaš.