Computerchips: To producenter dominerer verdensmarkedet

Produktionen af avancerede computerchips er blevet lige så vigtigt for verdensøkonomien som produktionen af olie.

Chips er en afgørende komponent i udviklingen af den digitale infrastruktur, der omfatter alt fra mobiltelefoner og netværk til computere og globale datacentre.

I 2020 forventes de såkaldte hyperskala datacentre, der anvendes af Amazon, Google og de øvrige globale aktører i Skyen, at rumme halvdelen af alle servere i verden. Herefter forventes næsten 90 procent af al computing i Skyen at finde sted inden for rammerne af de ca. fem hundrede globale hyperskala datacentre.

Den fortsatte udvikling af den digitale infrastruktur danner grundlaget for vidtstrakt automatisering i mange grene af samfundet, og produktudviklingen af computerchips er en af de afgørende forudsætninger for, at infrastrukturen kan følge med væksten i anvendelsen.

Pc-revolutionen fra omkring 1990 blev drevet frem inden for rammerne af den såkaldte WinTel-model, hvor et symbiotisk samarbejde mellem Microsoft og Intel frembragte en lang serie af gradvist kraftigere Pc’ere og servere.

Det grundlæggende videnskabelige udviklingsarbejde af computerchips skete helt overvejende hos Intel, der kontrollerede både design og produktion af nye modeller.
Intel havde konkurrenter, men næsten udelukkende i form af kopivarer, og i dag findes der flere globale producenter af traditionelle chips, der konkurrerer på masseproduktion af kendte chipsdesign til en lav pris.

Denne udviklingsmodel er inden for de seneste år blevet brudt.

Apple introducerede i 2013 sin egen A7-chip, der blev anvendt i iPhone 5s.
Det markerede et gennembrud for en ny udviklingsmodel, hvor design og produktion blev adskilt.

Apple stod for designet af A7, men produktionen blev udført af Samsung.
Senere modeller af Apples chips er i stigende grad blevet produceret hos den taiwanesiske producent, TSMC.

”Apples processordesign vil kunne komme så langt foran Intels, at Apple faktisk ville gøre sine nuværende Mac-produkter med Intel-chips en bjørnetjeneste ved ikke at skifte til sine egne chips. Apple vil derefter kunne bruge overlegenheden af sit eget chip-design som et væsentligt salgsargument overfor horderne af Windows-baserede computere, der bruger Intel-processorer.”
Ashraf Eassa, The Motley Fool, 28-05-2018

Siden 2010 er flere techvirksomheder gået over til at anvende den samme model, hvor virksomheden selv udvikler og kontrollerer designet af nye chips, men overlader produktionen til en specialiseret producent.

Designet af nye computerchips er betinget af de produktionsmetoder, som producenterne stiller til rådighed, og det har ført til et hektisk kapløb mellem en lille håndfuld globale chip-producenter om at introducere nye, attraktive produktionsmetoder, der kan åbne nye muligheder for kundernes designarbejde.

Chip-producenternes udviklingsarbejde har vist sig at være ekstremt kostbart, blandt andet fordi konkurrencen mellem de forskellige producenter hurtigt har presset produktionsmetoderne ned mod en fundamental fysisk grænse.

Apples seneste chipmodel A12 antages at være baseret på TSCM’s syv nanometer format, det hidtil mindste for en kommercielt fremstillet chip.

TSMC har tidligere i år annonceret at starte produktionen af et fem nanometer format i 2020.

Fabrikken, der skal stå for produktionen af 5nm-chips, er under opførelse med et samlet budget på 25 milliarder dollars, ca. 160 milliarder kroner.

Det er p.t. uklart om og i givet fald hvordan det skal blive muligt at komme under 5nm inden for rammerne af en kommerciel produktion. (Et menneskehår er mellem 80.000 og 100.000 nm i tykkelse).

Den fremadrettede optimering af chips kommer derfor i stigende grad til at afhænge af chipdesignet frem for den teknologiske fremdrift i produktionsmetoderne, der siden 1990’erne har betydet, at antallet af transistorer på en given flade blev fordoblet hvert andet år – den såkaldte Moores lov.

I de første mange år blev optimeringen af produktionen især anvendt til at få mere regnekraft ud af chippen.

I dag er der mindst lige så meget fokus på at anvende optimeringen i produktionen til at reducere strømforbruget.

30082018-02
Facebooks Lulea datacenter i Sverige, der ligger på kanten af polarcirklen, bruger udendørs luft til afkøling frem for aircondition og kører på vandkraft produceret fra den nærliggende elv, Lule. Foto: David Levene for The Guardian (Klik for at se større billede)

Et reduceret strømforbrug på chippen gør, at notebooks og mobiler kan holde længere på en opladning.

Den helt store gevinst ved den seneste 7nm og 5nm-teknologi er imidlertid, at teknologien åbner for en betydelig reduktion af strømforbruget i de globale hyperskala datacentre og i andre grene af den globale digitale infrastruktur.

Analyser fra amerikanske universiteter anslår, at med de nuværende vækstrater vil den digitale infrastruktur i 2025 forbruge omkring 20 procent af verdens samlede el-produktion, mere end noget land i verden bortset fra USA, Kina og Indien.

Presset på klimaet fra den globale, digitale infrastruktur bliver tilsvarende stort.

Både for de globale techvirksomheder og for verden som helhed bliver det derfor af strategisk betydning at kunne begrænse stigningstakten i elforbruget.

Nøglen til at opnå dette ligger blandt andet i produktion og design af chips i et format, der allerede nu ligger på grænsen af det fysisk mulige.

Omkostningerne til at deltage i kapløbet om produktionen af nm-chips har vist sig at være så kostbart, at en af de få tilbageværende spillere nu har trukket sig ud.

Den amerikanske producent, GlobalFoundries, har netop meddelt, at virksomheden ikke længere vil udvikle nye produktionsmetoder for avancerede chips på grund af de svimlende udviklingsomkostninger.

Det efterlader Intel og TSMC som de to helt dominerende producenter på verdensmarkedet.

Intel satser fortsat på sit eget designarbejde.

For alle de virksomheder i techindustrien, der ligesom Apple satser på selv at stå for designet, er TSMC hurtigt på vej til at blive den eneste spiller på det globale marked, der har den fornødne produktionskapacitet og den nødvendige knowhow til storproduktion af avancerede chips i nm-format til fortsat udvikling af den globale, digitale infrastruktur.

30092018-03


Mere om væksten i de globale hyperskala datacentre: DATABEHANDLING: HYPERSKALA DATACENTRE ÆNDRER VERDEN

Henvisninger og baggrund: 31.08.2018