Pe 1 iunie 2020, o navetă spațială a aselenizat ca parte a misiunii spațiale chineze Chang’e 6. Scopul său a fost să studieze partea întunecată a Lunii și să aducă de acolo, pentru prima oară, mostre lunare.
Edouard Lepape, director general al NanoXplore, o companie franceză care dezvoltă microcipuri avansate pentru industria spațială, este mândru de rolul jucat de compania sa în această misiune.
Până la Lună și înapoi
„Una dintre componentele dezvoltate de noi este pe Lună chiar acum”, spune Lepape. Componenta în cauză este un cip, asemănător, într-o oarecare măsură, cu cele folosite în smartphone-urile, mașinile și laptopurile noastre.
Este însă un tip special de cip – numit sistem pe cip cu circuit integrat programabil de către utilizator (SoC FPGA) – utilizat pe scară largă în industria aerospațială și de apărare.
Lepape conduce o echipă de cercetare finanțată de UE, numită DUROC, care și-a propus să dezvolte tehnologia unor astfel de cipuri pentru utilizare în spațiu. Echipa reunește experți de seamă din Germania, Franța, Grecia și Suedia, pentru a duce tehnologia procesoarelor cu cip din UE la următorul nivel.
Printre partenerii acestui demers se numără Airbus și Thales, cei mai mari producători de sateliți din Europa.
„În spațiu, nu poți folosi dispozitive de uz comercial, deoarece mediul este unul foarte agresiv”, spune Lepape. „Există multe radiații, temperaturi foarte scăzute și vibrații.”
Componentele electronice spațiale trebuie să fie deosebit de robuste și să funcționeze cu energie minimă. Nu poți repara componente electronice pe o navetă spațială sau un satelit, nici să îți reîncarci dispozitivul de la rețeaua electrică sau să completezi cu combustibil.
Mic, dar de mare impact
Un microcip este practic un set de circuite electronice minuscule asamblate pe o placă mică plată de siliciu. Aceste mici componente electronice reprezintă „creierul” dispozitivelor electronice. Circuitele lor integrate îndeplinesc funcțiile esențiale de calcul și control într-un sistem.
De la crearea primului circuit integrat de către Jack Kilby, în 1959, aceste componente au devenit din ce în ce mai mici și mai puternice.
Alcătuite din miliarde de tranzistori conectați prin circuite prea mici pentru a fi văzute cu ochiul liber, microcipurile sunt esențiale pentru viața noastră de zi cu zi.
De la cipuri de bază pentru dispozitive simple până la cipuri extrem de complexe pentru supercomputere, acestea se găsesc în orice, de la smartphone-uri și computere până la componente electronice avansate și aplicații AI.
Este nevoie de progrese constante în materie de performanță pentru a răspunde cerințelor noilor dispozitive de înaltă tehnologie.
Și când vine vorba de cipuri, fiecare nanometru contează. Cu cât pot fi montați mai mulți tranzistori în cel mai mic spațiu posibil, cu atât viteza și puterea cipurilor cresc.
Aproximativ la fiecare 2 ani, industria introduce o nouă generație de cipuri, care conțin tranzistori mai mulți și mai mici decât generația anterioară. Cipul de șapte nanometri (7 nm) a fost introdus pe piață în jurul anului 2018, reprezentând un pas înainte față de generația anterioară, nodul de 10 nm. Fiecare pas permite îmbunătățirea eficienței energetice și a performanței dispozitivelor.
„Cererea clienților pentru mai multe funcționalități stimulează cererea de tranzistori și mai mulți și mai mici”, spune Marc Assinck, purtător de cuvânt al ASML, o companie europeană specializată în proiectarea și fabricarea utilajelor avansate de litografie, care sunt instrumente esențiale în producția de microcipuri. „Smartphone-urile și AI necesită cele mai noi și mai avansate cipuri.”
Din 2015 până în 2018, ASML a coordonat consorțiul SeNaTe, ca parte a unui demers de cercetare finanțat de UE pentru dezvoltarea de soluții tehnologice în vederea adoptării tehnologiei de producție a microcipurilor de 7 nm.
„SeNaTe a avut un rol însemnat, deoarece rezultatele sale i-au permis industriei să treacă la următoarea generație de microcipuri”, spune Jos Benschop, vicepreședinte executiv pentru tehnologie în cadrul ASML. „Cercetarea SeNaTe a dus la introducerea tehnologiei de 7 nm în 2019.”
Astăzi, industria a progresat până la tehnologia și mai puternică de 3 nm – în prezent cele mai avansate cipuri de pe piață, utilizate în cele mai recente smartphone-uri de ultimă generație.
Nedependența Europei
Cipurile au fost cândva importante pentru computere și laptopuri, iar mai târziu pentru smartphone-uri și mașini, iar acum sunt cruciale pentru conectarea dispozitivelor și pentru aplicațiile AI.
Este un domeniu în care Europa nu vrea să depindă complet de alții. Deși UE a avut, în mod tradițional, un rol semnificativ în cercetarea și dezvoltarea (C&D) semiconductorilor, poziția sa în producția de cipuri s-a diminuat de-a lungul anilor.
Circa o mie de miliarde de microcipuri au fost fabricate în întreaga lume în 2020, însă cota UE pe piața globală a fost de doar 10%. Asia, în special Taiwan, Coreea de Sud și China, domină această piață cu o cotă de peste 70%. Și SUA deține o cotă semnificativă datorită unor companii precum Intel și NVIDIA.
Pentru a-și asigura competitivitatea, UE a lansat mai multe inițiative, inclusiv Actul european privind cipurile, care a intrat în vigoare în septembrie 2023. Acesta își propune să dubleze cota de piață globală a Europei la 20% până în 2030 și să asigure 43 miliarde de euro în investiții publice și private pentru cercetarea, dezvoltarea și producția de cipuri.
Consolidarea capacităților
Accentul UE pe atragerea unor unități avansate de producție de microcipuri (fab-uri) în Europa dă deja roade.
TMSC a început construcția primei sale fabrici europene în 2024. Noua fabrică European Semiconductor Manufacturing Company (ESMC) va fi construită la Dresda ca o asociere în participațiune între compania taiwaneză TSMC și trei firme europene – Bosch și Infineon din Germania și NXP din Țările de Jos. Se așteaptă ca producția să înceapă în 2027.
La ceremonia de inaugurare a lucrărilor pentru fabrica ESMC din august 2024, președintele Comisiei Europene, Ursula von der Leyen, a remarcat că „cel mai mare producător de cipuri din lume vine pe continentul nostru și își unește forțele cu trei campioni europeni, ceea ce este (…) o recunoaștere a Europei ca putere globală în domeniul inovării”.
De asemenea, sunt în curs negocieri cu Intel pentru construirea unei unități mari de producție de microcipuri în Magdeburg, Germania, care ar urma să fie cea mai mare unitate de producție de semiconductori din Europa.
TSMC și Intel sunt două dintre singurele companii din lume care pot produce cipuri de 3 nm de ultimă generație, alături de Samsung din Coreea de Sud.
Spațiu în schimbare
Cipurile pentru spațiu nu sunt însă la fel ca cipurile din telefoane. Sunt adaptate pentru a procesa cantități mari de date, cum ar fi transmiterea de informații de la o cameră montată pe un satelit, folosind totodată cât mai puțină energie.
De asemenea, trebuie să fie rezistente la radiații și să poată continua să funcționeze chiar dacă o parte a cipului este distrusă de radiații.
În prezent, cipurile spațiale din sateliții noștri funcționează, în cea mai mare parte, pe noduri de 65 nm și 28 nm. Pentru NanoXplore și partenerii săi din cadrul DUROC, scopul este de a duce cipurile spațiale la următorul nivel, care, în acest domeniu, este de 7 nm. Lepape prevede un viitor luminos pentru aceste cipuri spațiale, în ciuda provocărilor.
„Industria spațială este o piață cu volum redus și este dificil să se dezvolte cele mai avansate noduri”, spune acesta. „Dacă reușim să ajungem la 7 nm, vom fi clar un jucător în industria spațială și chiar și SUA vor dori să aibă acest tip de tehnologie.” Lepape speră să țină un astfel de cip în mână în jurul anului 2027, cu o primă lansare în spațiu tot pe atunci.
Acesta recunoaște că poziția Europei în cursa cipurilor s-a deteriorat. Crede însă că cooperarea și sprijinul permanent la nivelul UE, inclusiv prin programul de lucru pentru cercetare și inovare spațială al UE, vor ajuta la construirea următoarelor modele de cipuri și vor asigura că UE rămâne relevantă în cursa cipurilor.
„Am început să rămânem în urmă în anii 2000”, spune Lepape. „Dacă nu ești independent în ceea ce privește componentele tale electronice, atunci pentru toate tehnologiile critice – inclusiv AI – vei depinde de țări străine.”
Articol scris de Anthony King
Cercetările menționate în acest articol au fost finanțate prin programul Orizont al UE. Opiniile persoanelor intervievate nu reflectă neapărat opiniile Comisiei Europene.
Mai multe informații
- SeNaTe
- DUROC
- Actul european privind cipurile
- Cercetarea și inovarea finanțate de UE în domeniul industrial
- Programul de lucru al UE în domeniul digital, industrial și spațial
Acest articol a fost publicat inițial în Horizon, revista de cercetare și inovare a UE.