Číně se podařilo dohnat Západ, respektive Jižní Koreu a USA, ve výrobě nejvyspělejších paměťových čipů pro ukládání dat. Tedy čipů NAND, z nichž se vyrábějí rychlé disky SSD. Lupa otestovala disk od čínského výrobce s čínskými čipy, který se svými parametry může měřit s tím nejlepším, co je v současné době na trhu. Asijské mocnosti se oproti předpokladům podařil velmi rychlý vývoj a ukázalo se, že tuto zemi bude lepší ve velkých čipových a polovodičových ambicích nepodceňovat.
Čína je od konce roku 2018 pod velkým tlakem USA, které na zemi postupně zavedly rozsáhlé technologické sankce, zejména v dodávkách čipů a přístrojů a softwaru nutných pro jejich návrh a výrobu. USA argumentují hlavně národní bezpečností (napojení na stát a armádu nebo krádeže duševního vlastnictví), pravděpodobně v tom ale velkou roli hrají i vlastní ekonomické a vlivové zájmy a snahy zbrzdit nástup konkurence. Číně se podařilo ovládnout solární energetiku, telekomunikace, chytré telefony a některé další technologické sektory, takže je dobře mít se na pozoru.
Jenže se zdá, že sankce mají opačný efekt. Americké čipové firmy několikrát svojí vládu varovaly, že tyto kroky Číňany donutí k mohutným investicím do samostatnosti, což ve výsledku povede nejdříve k vystrnadění západních dodavatelů z velkého čínského trhu a následně k dotované expanzi nově vzniklých čínských výrobců do světa. První náznaky toho už vidíme.
Jedním z výsledků čínských polovodičových snah je společnost YMTC neboli Yangtze Memory Technologies Corporation se sídlem ve Wuhanu. Jde o přímou konkurenci pro tři hlavní výrobce nejvyspělejších čipů NAND, tedy jihokorejské kolosy Samsung a SK Hynix a americký Micron.
Snaha dělat to po svém
YMTC vznikla v roce 2016 s cílem snížit závislost Číny na dovozu čipů NAND. Firma nebyla založena na zelené louce, pohltila lokální firmu XMC zaměřenou na starší typy pamětí za přispění technologické skupiny Tsinghua Unigroup. YMTC získala velké prostředky ze státního čipového fondu označovaného jako Big Fund.
Už v roce 2018 se podařilo představit vlastní technologii Xtacking a technologický rozvoj firmy se zintenzivnil. YMTC o rok později začala s masovou výrobou NAND čipů s 64 vrstvami. Verze s 96 vrstvami byla přeskočena, aby se urychlil vývoj, takže v roce 2020 následovalo 128 vrstev. To už YMTC pronikla do levnějších SSD disků a spotřební elektroniky a nasadila agresivní ceny.
V roce 2022 přišel zlom, když YMTC chvilku před Samsungem a Micronem představila čipy s 232 vrstvami (3D NAND v rámci Xtacking 3.0). V té době začaly námluvy mezi YMTC a Applem, který chtěl začít čínské paměťové čipy používat v iPhonech. Okamžitě zbystřila americká vláda, která YTMC zařadila na sankční listinu, takzvaný Entity List. Čínská společnost od té doby nemohla odebírat (případně omezeně) výrobní stroje od klíčových firem jako ASML (Nizozemsko), KLA nebo Lam Research (obojí USA). Apple spolupráci pozastavil a američtí zaměstnanci museli v YMTC skončit.
To ovšem neznamenalo pád. Čínská vláda do YMTC poslala další miliardy dolarů. Po krachu Tsinghua Unigroup (jiný složitý příběh) proběhla restrukturalizace a stát nad YMTC převzal plnou kontrolu s tím, že později se v rámci snah diverzifikace kapitálu přidali soukromí investoři.
Tou dobou už probíhaly po celé Číně masivní investice do vlastního polovodičového ekosystému, takže se YMTC připojila a začala pomáhat budovat náhradu za západní dodavatele. Cílem je vyrábět pokročilé čipy zejména bez amerických technologií, jde o projekt s označením Wudangshan. Objevují se první domácí dodavatelé jako Naura Technology nebo AMEC, kteří se snaží nahradit americké firmy typu Lam Research či Applied Materials. Pokroky jsou vidět a opět jsou rychlé, do EUV litografie mají ale čínské firmy jako SMEE stále hodně daleko.
Debaty o kopírování
Kolem rozvoje YMTC se točí i kontroverze. Čínský podnik například za násobky platů najal experty z firem Samsung a SK Hynix (běžná taktika Číny), kteří výrazně pomohli urychlit vývoj. Korejské soudy řeší možné vynášení citlivých dokumentů a informací, což je klasifikováno jako průmyslová špionáž. Sankce USA zase dle oficiálních tvrzení mají souviset i s krádežemi duševního vlastnictví ze Západu a napojením na čínskou armádu.
Vedením YMTC byl pověřen veterán z Intelu Simon Yang, který přetáhl stovky inženýrů ze Silicon Valley a Tchaj-wanu. Zde je ale nutné dodat, že zejména americký čipový sektor z velké části stojí na bedrech imigrantů z Asie včetně Číny, takže je otázkou, zda lákání čínských odborníků zpět domů lze Číně vyčítat. Zvláště v době, kdy je americká administrativa vůči těmto lidem podezřívavá.
Číňané tvrdí, že jejich technologie je unikátní a že nemohla být zkopírována. Bližší pohled jim může dávat za pravdu. Například analýzy TechInsights konstatovaly (zde a zde), že YMTC má vysoce inovativní přístup a že není překvapivé, že YMTC naopak žaluje Micron za porušení patentů (Micron zase podal žalobu kvůli jiným věcem).
Překvapivě inovativní řešení
YMTC aktuálně na trh dodává poslední generaci svých čipů využívajících Xtacking 4.0. Zjednodušeně řečeno jde o paměťové čipy NAND určené pro aktuální generaci PCIe 5.0 schopné teoreticky dosahovat rychlosti čtení 14,5 GB/s a zápisu 13,8 GB/s. To je na papíře srovnatelné se Samsungem a spol.
Xtacking 4.0 má celkově 294 vrstev, včetně pomocných a dělících (aktivních jich je 267 až 270). YMTC své čipy vyrábí jinak než konkurence. Samsung a další nejdříve vytvoří řídící logické obvody a nad ně udělají vrstvy paměťových buněk. Číňané logické obvody vytvoří na jedné křemíkové desce (wafer) a paměťové buňky na druhé. Pomocí takzvaného bondingu to pak spojí.
Toto řešení má výhody například v rychlosti logických obvodů. Buňky mají kratší cestu k řadiči, což zlepšuje latenci. Dále je možné dosahovat vyšší hustoty. Bitová hustota u Xtacking 4.0 dosahuje na 20 Gb na milimetr čtvereční a kapacita čipu většinou bývá 128 GB na jeden die. Rychlost I/0 dosahuje 3 200 až 3 600 MT/s. Xtacking 4.0 využívá buňky typu TLC, tedy standard u slušných disků pro spotřební trh. Do jedné buňky se tedy ukládají tři bity dat. Napěťové stavy mají osm úrovní.
YMTC přineslo i některé další inovace, například vylepšené dielektrikum, kde se díky použití nových materiálů v izolační vrstvě zpomaluje degradace buňky při opakovaném mazání a zápisu dat. Zmiňované oddělení logických obvodů od paměťových buněk zase umožňuje lepší algoritmy pro opravu chyb (díky vyššímu výkonu), což by mělo mít pozitivní vliv na životnost disků.
Jak si disk vede v testu
Na čínském trhu existuje několik výrobců disků SSD, kteří čipy od YTMC používají, typicky Hiksemi, Netac, Ashgard nebo FanXiang. Ty se zatím drží starších verzí pro PCIe 4.0. Aktuální generaci nabízí společnost Lexar, která byla původem americká, ale už nějakou dobu jí vlastní Číňané. Vlajkovou lodí pro Xtacking 4.0 je značka Zhitai spadající přímo pod YMTC (tedy něco jako Crucial od Micronu, než Micron tento brand zařízl).
Lupa konkrétně otestovala model Zhitai TiPro9000 s kapacitou 1 TB. Ten zatím není v oficiální evropské distribuci. YMTC ho prodává primárně na domácím trhu, kde firmě velmi rychle roste tržní podíl (už překonala Samsung). Disk jsem sehnal na AliExpressu za asi 4 500 korun, konkurenční Samsung 9100 Pro stojí podobně (ten jsme rovněž testovali). Cena nicméně v poslední době vyrostla, i zde se promítá nedostatek čipů.
Disk na první dojem zaujme prezentací. V krabičce je přibalený černý pasivní chladič a šroubováček, který nebývá standardem. Zhitai v Asii nabízí i modely vyzdobené prvky anime, což je v tamní kultuře netradičního zdobení počítačových beden dobrá strategie.
Disk Zhitai TiPro9000 se v testech Lupy na základní desce Gigabyte s čipsetem X870 přiblížil teoretickým udávaným hodnotám. Rychlost čtení se dostala k hranici 14 GB/s a rychlost zápisu se pohybovala kolem 12,7 GB/s (CrystalDiskMark). Po vyčerpání cache hodnoty klesly na necelých 7,5, respektive 7,7 GB/s a později k hodnotám 3,5, respektive 4,5 GB/s. Disk na plnou rychlost vydržel běžet 25 až 30 sekund. Dynamická SLC cache je 160 až 700 GB dle velikosti disku. Při zaplnění disku šly rychlosti k 1,5 GB/s. Celkově jde o hodnoty podobné západní konkurenci. Podobná čísla jako CrystalDiskMark vykazovaly i další benchmarky typu ATTO a AS SSD.
Disk je dobré chladit, jinak je možný dřívější pokles maximálního výkonu. Pokud na desce nemáte pasivní chladiče, což v éře PCIe 5.0 není pravděpodobné, Zhitai přibaluje samostatný chladič. S teplotami jsem během testu neměl problém, v běžném provozu byly nad 40 stupni a během zátěže do 55 stupňů Celsia.
Testy čínského SSD disku Zhitai TiPro9000 s čipy YMTC
Zhitai TiPro9000 jako řadič používá nejnovější SM2508 od Silicon Motion, který je přizpůsobený pro potřeby PCIe 5.0. I díky tomu se spotřeba při zátěži pohybovala v rozmezí 7,5 až 9 wattů. Při velmi náročných operacích náhodného zápisu se krátkodobě dostala na 11 wattů.
Řadič SM2508 je jinak vyráběný 6nm procesem TSMC, má čtyřjádrový procesor ARM Cortex-R8 a vyrovnávací paměť DRAM LPDDR4. Ta se u Zhitaie liší podle velikosti. Verze s 1 TB má 1 024 MB, verze s 2 TB disponuje 2 048 MB a verze s 4 TB má 4 096 MB.
Zhitai TiPro9000 má teoretickou standardní životnost opět odstupňovanou podle verzí. Hodnoty TBW dosahují 600, 1 200 a 2 400. Výrobce poskytuje záruku po dobu pěti let, pokud nedojde k vyčerpání udávané životnosti.
Pro někoho je nepředstavitelné, že by si do počítače instaloval disk z Číny. Vzhledem k některým praktikám této země je to legitimní obava. Disk jsem testoval v izolovaném prostředí a sledoval, zda nedochází k nějaké nestandardní komunikaci, ale je nutné říci, že k tomuto nemám žádnou vypracovanou metodiku. Pokud máte tipy, můžete je zanechat v komentářích.
Co bude dál
YMTC pracuje na expanzi výroby ve Wuhanu. Cílem je zdvojnásobit výrobní kapacitu a do konce letošního roku se dostat na celosvětový podíl 15 procent. Firma zvažuje vstup na burzu v Číně, díky čemuž by mohla nabrat další potřebný kapitál. Odhady mluví o tom, že podnik doposud posbíral přes 30 miliard dolarů.
Uvidíme, jak tento příchod Číňanů zamíchá s globálními trhy. Otázkou budou další dopady sankcí. YMTC má historicky nakoupené západní stroje, pro další rozvoj ale do značné míry musí počítat s již zmíněným budovaným domácím ekosystémem. Dosavadní nasazení čínských strojů v testovací výrobě ukázalo, že YMTC na nich zvládá vyrábět čipy NAND s menším množstvím vrstev (až o desítky méně). Lze ovšem předpokládat, že inovace budou pokračovat, nicméně není jasné, zda se YMTC udrží na špici, nebo zda se stane spíše levnější a o něco horší alternativou.
Dobrou zprávou pro Číňany je, že k výrobě hi-end čipů NAND zatím nutně není potřeba EUV litografie. Hustota čipů se zvětšuje vrstvením buněk nad sebe, kde je klíčové spíše leptání se schopností dělat úzké otvory skrze stovky vrstev. Dále je důležitá depozice pro nanášení izolačních vrstev, propojování čipu a obecně vytváření vnitřku paměťových buněk. V litografii tak stačí starší DUV. To platí o pro logické řídící obvody, kde si lze vystačit s 28 či 14 nanometry. Jenže dodavateli pro leptání a depozici jsou americké firmy jako Applied Materials a Lam Research. Čínské alternativy Naura Technology a Piotech se postupně zlepšují, ale tak daleko nejsou.
Čína má kromě čipů NAND slušně nakročeno i v čipech DRAM, které se dávají do paměťových modulů RAM. Hlavním hybatelem je tamní podnik CXMT schopný dodávat DDR5. I ten je pod sankcemi, které na něj dopadají hůře. V DRAM je více potřeba EUV litografie od ASML, která je teď Číně zapovězena. Další progres CXMT je nejistý. Obě firmy nicméně pracují i na čipech HBM pro AI akcelerátory, jsou zhruba dvě generace pozadu (HBM3 oproti HBM3E a HBM4).
Čína má rozhodně lépe zadělána na budoucnost než Evropa. Starý kontinent, jak jsme na Lupě popsali, ztratil posledního hi-end výrobce paměťových čipů v podobě německé firmy Qimonda. Nyní zde máme pouze menší polskou firmu Wilk Elektronik vystupující pod značkou Goodram. Ta v polské části Slezska nedaleko Ostravy vyrábí kvalitní RAMky nebo disky SSD, ovšem jde “pouze” o hotové moduly, nikoliv samotné čipy. Ty Wilk odebírá od tradičních dodavatelů. Na Lupě jsme od Goodram otestovali disk pro PCIe 4.0 a paměti RAM DDR5.
- Chcete mít Lupu bez bannerů?
- Chcete dostávat speciální týdenní newsletter o zákulisí českého internetu?
- Chcete mít k dispozici strojové přepisy podcastů?
- Chcete získat slevu 1 000 Kč na jednu z našich konferencí?
Staňte se naším podporovatelem
ČLÁNKY DO MAILU