Многомерная гонка преследования в производстве чипов для ИИ

Давно уже не новость, что бурно растущий с 2023 г. спрос на аппаратное обеспечение для тренировки и исполнения генеративных моделей ИИ порождает дефицит микросхем, и так обстоят дела уже не первый квартал. Однако аналитики TrendForce, заглянув поглубже, обнаружили корень проблемы – нехватку производственных мощностей для обработки кремниевых пластин-заготовок по технологическим нормам «2-3 нм», а также для 2,5D/3D-упаковки готовых чипов. Глобальной полупроводниковой отрасли недостает буквально всего: и собственно чипмейкерского оборудования, и подложек для создания микросхем, и упаковочных материалов, и других критически важных компонентов.

В сложившихся условиях противостояние между компаниями, предлагающими рынку аппаратное обеспечение для ИИ-расчетов, становится своего рода 2,5- или даже трехмерным. Nvidia, бесспорный лидер этого направления (аккумулирует, по разным оценкам, 70–80% выручки в глобальном сегменте серверных ИИ-ускорителей), находится в преимущественном положении по отношению к своим конкурентам. Как отмечают в TrendForce, эта компания, опираясь на адекватную оценку перспектив генеративных вычислений и на собственный опыт строгого контроля над цепочкой поставок, одной из первых заблаговременно зарезервировала у своих партнеров-чипмейкеров значительные объемы мощностей, как для производства микросхем по передовым техпроцессам, так и для их упаковки. Причем Nvidia не ограничилась всего лишь подписанием контрактов на выпуск определенного числа чипов, а позаботилась и о том, чтобы обеспечить своих технологических партнеров необходимыми запасами материалов: подложек, печатных плат и т. п.

Теперь же, указывают аналитики, компании, пытающиеся соперничать с Nvidia в области ИИ-ускорителей, включая такие гиганты, как Google или Microsoft, сталкиваются с объективными задержками, не позволяющими уже их партнерам нарастить производство готовых изделий по предоставленным чертежам. Причем, поскольку генеративные модели развиваются в последнее время почти исключительно экстенсивно (по  числу рабочих параметров каждое следующее их поколение кратно превосходит предыдущее), заказчикам требуются все более крупные физически – т. е. содержащие все больше транзисторов – микросхемы ИИ-ускорителей, чтобы обработка новых моделей шла как можно эффективнее. Это, в свою очередь, ведет к экспоненциальному росту объемов ресурсов, необходимых для изготовления кремниевых пластин и последующей упаковки чипов. Аналитики TrendForce не ожидают сколько-нибудь заметного смягчения дефицита глобальных мощностей по 2.5D-упаковке ранее 2027 г. – и то при условии, что нынешние планы TSMC расширить мощности к этому сроку более чем на 60% окажутся воплощены в жизнь.

Но упаковка упаковкой, а литографирование необходимого количества микросхем на пластинах-заготовках представляет собой отдельную проблему. Поскольку технический дизайн ИИ-чипов как раз в 2025–2026 гг. стремительно переориентировался на более миниатюрный техпроцесс («3 нм» вместо прежних «4 нм»), нагрузка именно на «3-нм» производственные линии возросла. В то же время высокопроизводительные процессоры для смартфонов и ПК еще не успели толком перейти на следующие по очереди производственные нормы «2 нм».

Крайне неудачное сочетание двух этих факторов обуславливает краткосрочную (как надеются эксперты) концентрацию спроса на «3-нм» техпроцесс, еще более усложняя жизнь как разработчикам альтернативных Nvidia ИИ-ускорителей, так и потенциальным их заказчикам. В настоящее время TSMC ускоряет строительство новых «3-нм» фабрик с целью смягчить дисбаланс, но ожидать ввода их в эксплуатацию не следует раньше конца текущего года.