”2025 ska Europas datorchip vara bäst i världen” 

2021-02-08 06:00  

Tre bolag dominerar världsmarknaden för kiselbaserade chip. Två finns i Asien och ett i USA, och den aktuella chipbristen för världens fordonstillverkare är ett exempel på sårbarheten. Nu kraftsamlar Europa för att skapa en europeisk processorindustri – med målet är att vara bäst i världen om mindre än fem år. 

Samsung och TSMC är världsledande som chiptillverkare, även om Intel fortfarande är störst, omsättningsmässigt. Den geopolitiska osäkerheten i världen är en anledning till varför Europa vill bygga egna chip.

Satsningen går under namnet European Processor Initiative, EPI, vars övergripande mål är att skapa en europeisk processorindustri. Ett av delmålen är att skapa en exascaledator – nästa generations superdator – och den ska vara klar redan år 2023.   

På Chalmers tekniska högskola ansvarar en EPI-grupp för två väsentliga delar. Den ena är cacheminnet och den andra är att utveckla processorns systemmjukvara. Gruppen leds av Per Stenström, professor vid Institutionen för data- och informationsteknik. 

– Detta är ett spännande projekt då det är väldigt industrinära. För närvarande utvecklar vi alla våra delar på Chalmers men när vi går över i kommersiell fas så kan det hända att vi gör en avknoppning och bildar ett bolag, säger Per Stenström.

Foto: Anders Frick

Milstolpe: Första testchipet tillverkas i Taiwan 

Chalmers är en av totalt 23 samarbetspartners i projektet som sponsras av EU genom ramverket Horizon 2020. Alla arbetar med så kallade IP-block, där IP i det här fallet betyder immateriella rättigheter.  

– Olika aktörer bygger olika hårdvarudelar och sedan finns det likadana IP-block också på mjukvarunivå. Ärligt talat så var jag rätt orolig för om alla delar faktiskt skulle fungera tillsammans när de knöts ihop, men på hårdvarusidan har vi nu gjort en första integration och allt fungerar som det ska, säger Per Stenström.

Läs mer: Därför vill Apple tillverka egna chip: ”Full kontroll”

EPI har nyligen nått en milstolpe då designen för ett testchip inom kort kommer att skickas till TSMC:s fabrik i Taiwan för produktion. Att produktionen sker i Asien och inte Europa beror bland annat på att de asiatiska kiselchipfabrikerna de senaste åren har byggt upp en kompetensnivå som är svårslagen och att fabrikerna i sig är extremt dyra att bygga.

TSMC:s senaste fabrik i Taiwan kostade hisnande 19,5 miljarder dollar att bygga, och bolaget räknar med att fabrikssatsningen i Arizona, USA, kommer att kosta 12 miljarder dollar. 

– Den tekniska fajten har försvunnit och nu är det snarare de finansiella förutsättningarna som bestämmer vem som har ledartröjan. Ju mer pengar man öser in, desto mer avancerade och storleksmässigt mindre chip går det att ta fram, säger Klas Moreau, som är vd för 33-listanbolaget Zeropoint Technologies. 

Grafik: Jonas Askergren

Ericsson tillverkade egna chip 

Han arbetade tidigare på Ericsson – ett av många telekom- och elektronikföretag som själva producerade chip en gång i tiden. I Ericssons fall låg produktionen i Kista.  

Taiwanesiska TSMC grundades med en helt ny affärsmodell i fokus: Kunderna skulle själva utveckla och designa sina produkter medan TSMC stod för produktionen. Här gick startskottet för uppdelningen av komponentutvecklare med egen produktion, så kallade IDM:er (se faktaruta) respektive Fabless semiconductor companies – alltså bolag utan egen produktion.  

Det tog flera år innan TSMC:s modell fick fäste, men i takt med att det blev allt mer kostsamt att utveckla och underhålla fabriker så valde flera komponentutvecklare att sälja sin egen produktionskapacitet för att i stället köpa in den av TSMC eller någon av de andra leverantörerna av så kallade foundry-tjänster.  

Förändring på gång hos Intel 

Ju fler transistorer som placeras per kvadratmillimeter i produktionsprocessen, även kallad nod, desto svårare har dock det blivit för alla aktörer att hänga med. 

– De enda som hängde med i konkurrensen till slut var Samsung och Intel. På senare år har dock Intel börjat vackla. De blev ett år sena med sin 12 nm-nod, två år sena med sin 10 nm-nod och tre-fyra år sena med sin 7 nm-nod, i alla fall jämfört med TSMC. I dag är det därför i princip bara Samsung och TSMC kvar i toppskiktet, säger Klas Moreau.

Läs mer: Svenskarna som gör datorns minne mer effektivt

Nu är dock en förändring på gång hos Intel då nuvarande vd lämnar sin plats till förmån för bolagets tidigare teknikchef – något som omvärlden tolkar som att tekniken ska få större fokus framöver.  

– Intel har den finansiella förmågan och med rätt ledning ger det förutsättningar för dem att komma tillbaka på banan. Men, det kräver ett tydligt fokus på processutvecklingen och chipproduktionen, säger Klas Moreau. 

”Framåt 2025 ska våra chip vara bäst i världen” 

Åter till Europa. När EPI:s testchip kommer tillbaka från fabriken sätter ett antal olika tester igång med målet att skapa nya framtida chipversioner som är ännu bättre.  

– Första versionen av våra chip kommer inte att vara konkurrenskraftiga mot andras, men nästa generation som rullas ut 2023 ska vara ungefär lika bra som världens bästa chip är i dag. Framåt år 2025-2026 ska våra chip vara bäst i världen. Funktionellt och prestandamässigt måste våra chip ha bättre prestanda och vara mer konkurrenskraftiga än konkurrenternas, för annars är hela EPI-satsningen meningslös, säger Per Stenström.  

En nisch för det europeiska chipet är energisnålhet. Chipen ska vara energisnåla – men utan att kompromissa med prestanda. Även om chipen använder den öppna processorarkitekturen RISC-V så är inte själva projektet särskilt öppet. Alla inblandade har skrivit på ett konsortieavtal om att inte läcka någon konfidentiell information som kan få konkurrenterna att köra om EPI.  

Läs mer: RISC-V: ”Öppet kisel standard i processorer inom tio år”

Skapar stor sårbarhet 

I november i år avslutas första delen av EPI, men konsortiet har lämnat in en ansökan om förlängning med ytterligare tre år. Ambitionen är att bli allt mindre beroende av omvärlden för chipproduktionen. 

– Vi är rätt säkra på att det blir en förlängning. EU ska inte vara i andras händer när det gäller en så viktig industri som chiptillverkning. Under Trumps ledning stoppades ju Kina på flera sätt och liknande saker kan hända även i Europa, säger Per Stenström.  

Det finns en marknad också för halvledare som inte är av den senaste generationen. Fordonselektronik är ett sådant område – men även där dök det nyligen upp problem i form av komponentbrist.  

– Den chipbrist som nyligen uppstod var bara en försmak på vad som skulle kunna hända om det blir stökigt på produktionsfronten i Taiwan. Just Taiwan har ju ett något ansträngt förhållande till Kina, och med tanke på det geopolitiska spelet kan det nog finnas anledning för aktörer i resten av världen att vara uppmärksamma, säger Klas Moreau. 

Läs mer: Nytänkarna: Här är datorns väg framåt

Per Stenström drar en parallell till det europeiska samarbetsprojekt som lade grunden till flygtillverkaren Airbus och menar att EPI är ungefär samma sak, fast inom datorchipområdet.  

– Det är viktigt att vi i Europa är självständiga när det gäller produktion av samhällsviktig elektronik. Europa har genom Airbus visat att det går att skapa en framgångsrik industri med hjälp av samarbete, och med tanke på vad som händer i omvärlden är det centralt att Europa gör samma sak men nu kraftsamlar för att skapa en framgångsrik datorindustri, säger Per Stenström.  

Olika typer av chiptillverkare

Integrated device manufacturers (IDM:s). Designar och producerar komponenter/integrerade kretsar (IC). Exempel: Intel, Samsung och Texas Instruments

Fabless semiconductor companies. Designar komponenter/integrerade kretsar (IC). Exempel: Qualcomm, Nvidia och AMD

Pure play foundries. Producerar komponenter/integrerade kretsar (IC). Exempel: TSMC, Globalfoundries och UMC.

Att Samsung ibland både räknas som IDM och Foundry beror på att det i Samsungkoncernen finns fabless-verksamheter som utvecklar komponenter som sedan produceras av foundry-delen.

Detta gör Chalmers i European Processor Initiative

Dagens flerkärniga processorchip innehåller flera beräkningsenheter som samarbetar. För att det alls ska fungera att dela upp arbetet behövs en enhetlig bild av vad som finns i minnet – och för det behövs cachekoherensprotokoll som håller koll på att minnet är uppdaterat på ett enhetligt sätt.

Vad Per Stenström och hans kollegor på Chalmers gör är att konstruera ett kommunikationsprotokoll som gemensamt används av alla informationsöverförare. Att skapa själva protokollet har dock inte varit alls så tidskrävande som att verifiera detsamma.  

Gruppen utvecklar även processorns systemmjukvara, vilket innebär ett så kallat runtimesystem som ser till att datorns resurser utnyttjas på ett effektivt sätt av parallellarbetande program. 

Anders Frick

Mer om: processorer

Kommentarer

Välkommen att säga din mening på Ny Teknik.

Principen för våra regler är enkel: visa respekt för de personer vi skriver om och andra läsare som kommenterar artiklarna. Alla kommentarer modereras efter publiceringen av Ny Teknik eller av oss anlitad personal.

  Kommentarer

Debatt