Nos últimos dois anos, as sanções impostas pelos Estados Unidos mantiveram o setor chinês de semicondutores em um impasse. Embora as empresas chinesas ainda possam fabricar chips para os usos atuais, elas não têm permissão para importar determinadas tecnologias de fabricação, o que torna quase impossível a produção de produtos mais avançados.
No entanto, há uma solução alternativa. Uma tecnologia relativamente nova, conhecida como chiplets, está oferecendo à China uma maneira de contornar essas proibições de exportação, criar um grau de autossuficiência e acompanhar o ritmo de outros países, principalmente dos EUA.
Ao longo do último ano, tanto o governo chinês quanto os capitalistas de risco se concentraram em apoiar o setor doméstico de chiplets. Pesquisadores acadêmicos estão sendo incentivados a resolver os problemas de ponta envolvidos na fabricação, enquanto algumas startups, como a Polar Bear Tech, já produziram seus primeiros produtos.
Em contraste com os chips tradicionais, que integram todos os componentes em uma única peça de silício, os chiplets adotam uma abordagem modular. Cada chiplet tem uma função dedicada, como processamento ou armazenamento de dados; eles são, então, conectados para se tornarem um único sistema. Como cada chiplet é menor e mais especializado, sua fabricação é mais barata e é menos provável que apresente mau funcionamento. Ao mesmo tempo, chiplets individuais em um sistema podem ser trocados por versões mais novas e melhores para melhorar o desempenho, enquanto outros componentes funcionais permanecem os mesmos.
Devido ao potencial de apoiar o crescimento contínuo na era pós-Lei de Moore, a MIT Technology Review escolheu os chiplets como uma das 10 tecnologias inovadoras de 2024. Empresas poderosas do setor de chips, como AMD, Intel e Apple, já usaram a tecnologia em seus produtos.
Para essas empresas, os chiplets são uma das várias maneiras pelas quais o setor de semicondutores poderia continuar aumentando a capacidade de computação dos chips, apesar de seus limites físicos. Mas para as empresas chinesas de chips, eles poderiam reduzir o tempo e os custos necessários para desenvolvê-los de forma mais potente internamente e abastecer setores de tecnologia vitais e em crescimento, como a IA. E para transformar esse potencial em realidade, essas empresas precisam investir nas tecnologias de empacotamento de chips que conectam os chiplets em um único dispositivo.
“Desenvolver os tipos de tecnologias avançadas de embalagem necessárias para alavancar o design de chiplets está, sem dúvida, na lista de tarefas da China”, diz Cameron McKnight-MacNeil, analista de processos da TechInsights, empresa de inteligência em semicondutores. “A China é conhecida por ter algumas das tecnologias fundamentais subjacentes para a implantação de chiplets.”
Um atalho para chips de alto desempenho
O governo dos EUA tem usado listas de proibições de exportação para restringir o desenvolvimento do setor de semicondutores da China há vários anos. Uma dessas sanções, imposta em outubro de 2022, proibiu a venda, para a China, de qualquer tecnologia que possa ser usada para construir chips de geração de 14 nanômetros — uma classe relativamente avançada, mas não de ponta —, bem como outros mais avançados.
Durante anos, o governo chinês procurou maneiras de superar o gargalo resultante na fabricação de chips, mas avanços em áreas como a litografia — o processo de usar a luz para transferir um padrão de design para o material de base de silício — podem levar décadas para serem realizados. Atualmente, a China ainda está atrasada em termos de capacidade de fabricação de chips em relação a empresas de Taiwan, da Holanda e de outros países. “Embora já tenhamos visto [a Semiconductor Manufacturing International Corporation da China] produzir chips de sete nanômetros, suspeitamos que a produção seja cara e de baixo rendimento”, diz McKnight-MacNeil.
A tecnologia Chiplet, no entanto, promete uma maneira de contornar essa restrição. Ao separar as funções de um chip em vários módulos, ela reduz a dificuldade de fabricar cada peça individualmente. Se a China não puder comprar ou fabricar uma única peça de um chip potente, ela poderá conectar alguns chiplets menos avançados que ela tem a capacidade de fabricar. Juntos, eles poderiam atingir um nível de potência de computação semelhante ao dos chips que os EUA estão impedindo a China de acessar, se não mais.
Mas essa abordagem de fabricação de chips representa um desafio maior para outro setor da indústria de semicondutores: o empacotamento, que é o processo que monta vários componentes de um chip e testa o desempenho do dispositivo acabado. Para garantir que vários chiplets possam funcionar juntos, são necessárias técnicas de empacotamento mais sofisticadas do que as envolvidas em um chip tradicional de peça única. A tecnologia usada nesse processo é chamada de embalagem avançada.
Essa é uma tarefa mais fácil para a China. Atualmente, as empresas do país já são responsáveis por 38% do empacotamento de chips em todo o mundo. As empresas de Taiwan e Cingapura ainda controlam as tecnologias mais avançadas, mas é menos difícil recuperar o atraso nessa frente.
“A embalagem é menos padronizada e um pouco menos automatizada. Depende muito mais de técnicos especializados”, diz Harish Krishnaswamy, professor da Universidade de Colúmbia que estuda telecomunicações e design de chips. E como o custo da mão de obra ainda é significativamente mais barato na China do que no Ocidente, “não acho que levará décadas [para a China recuperar o atraso]”, diz ele.
O dinheiro está fluindo para o setor de chiplets
Como qualquer outra coisa no setor de semicondutores, o desenvolvimento de chiplets custa dinheiro. Mas, impulsionados por um senso de urgência para desenvolver rapidamente o setor doméstico de chips, o governo chinês e outros investidores já começaram a investir em pesquisadores e startups de chiplets.
Em julho de 2023, a Fundação Nacional de Ciência Natural da China, o principal fundo estatal para pesquisa fundamental, anunciou seu plano de financiar de 17 a 30 projetos de pesquisa de chiplets envolvendo design, fabricação, embalagem e muito mais. Segundo a organização, ela planeja distribuir de US$ 4 milhões a US$ 6,5 milhões em financiamento de pesquisa nos próximos quatro anos e a meta é aumentar o desempenho do chip de “uma a duas magnitudes”.
Esse fundo está mais voltado para a pesquisa acadêmica, mas alguns governos locais também estão prontos para investir em oportunidades industriais em chiplets. Wuxi, uma cidade de médio porte no leste da China, está se posicionando para ser o centro de produção — um “Vale dos Chiplets”. No ano passado, as autoridades do governo da cidade propuseram a criação de um fundo de US$ 14 milhões para atrair empresas de chiplets, e já atraiu algumas empresas nacionais.
Ao mesmo tempo, uma série de startups chinesas que se posicionaram para trabalhar no campo de chiplets receberam apoio de empreendimentos.
A Polar Bear Tech, uma startup chinesa que desenvolve chiplets universais e especializados, recebeu mais de US$ 14 milhões em investimentos em 2023. Ela lançou seu primeiro chip de IA baseado em chiplets, o “Qiming 930”, em fevereiro de 2023. Várias outras empresas iniciantes, como Chiplego, Calculet e Kiwimoore, também receberam milhões de dólares para criar modelos especializados para carros ou de Inteligência Artificial multimodal.
Os desafios permanecem
Há desvantagens em optar por uma abordagem de chiplets. Embora isso geralmente reduza os custos e melhore a personalização, ter vários componentes em um chip significa que são necessárias mais conexões. Se uma delas der errado, o chip inteiro pode falhar, portanto, um alto nível de compatibilidade entre os módulos é fundamental. Conectar ou empilhar vários chiplets também significa que o sistema consome mais energia e pode se aquecer mais rapidamente. Isso pode prejudicar o desempenho ou até mesmo danificar o próprio chip.
Para evitar esses problemas, diferentes empresas que projetam chiplets devem aderir aos mesmos protocolos e padrões técnicos. Globalmente, as principais empresas se reuniram em 2022 para propor o Universal Chiplet Interconnect Express (UCIe), um padrão aberto sobre como conectar chiplets.
Mas todos os participantes querem mais influência para si mesmos, portanto, algumas entidades chinesas criaram seus próprios padrões de chiplets. Na verdade, diferentes alianças de pesquisa propuseram pelo menos dois padrões de chiplets chineses como alternativas ao UCIe em 2023, e um terceiro padrão, lançado em janeiro de 2024, focou na transmissão de dados em vez de conexões físicas.
Sem um padrão universal reconhecido por todos no setor, os chiplets não conseguirão atingir o nível de personalização que a tecnologia promete. E suas desvantagens podem fazer com que as empresas de todo o mundo voltem a usar os chips tradicionais de peça única.
Para a China, adotar a tecnologia de chiplets não será suficiente para resolver outros problemas, como a dificuldade de obter ou fabricar máquinas de litografia.
A combinação de vários chips menos avançados pode aumentar o desempenho das tecnologias de chip da China e substituir as tecnologias avançadas às quais ela não tem acesso, mas não será possível produzir um chip que esteja muito à frente dos produtos de primeira linha existentes. E como o governo dos EUA atualiza e expande constantemente suas sanções sobre semicondutores, as tecnologias de chiplets também podem ficar sujeitas a restrições.
Em outubro de 2023, quando o Departamento de Comércio dos EUA alterou sua sanção anterior contra o setor chinês de semicondutores, incluiu uma nova linguagem e algumas menções a chiplets. A emenda acrescentou novos parâmetros que determinam qual tecnologia é proibida de ser vendida para a China, e alguns desses acréscimos parecem feitos sob medida para medir o grau de avanço dos chiplets.
Embora as fábricas de chips em todo o mundo não estejam impedidas de produzir chips menos avançados para a China, o documento do Departamento de Comércio também solicitou que elas avaliassem se esses produtos poderiam se tornar parte de um chip integrado mais potente, colocando mais pressão sobre as fábricas para verificar se seus produtos não acabariam sendo um componente de algo que elas teriam sido proibidas de exportar para a China.
Com todos os obstáculos práticos e políticos, o desenvolvimento de chiplets ainda levará algum tempo, não importa quanta vontade política e investimento sejam feitos no setor.
Pode ser um atalho para que o setor chinês de semicondutores produza chips mais robustos, mas não será a solução mágica para a guerra tecnológica entre os EUA e a China.
MIT Technology Review
