La loi CHIPS n’est que la première étape pour faire face aux menaces qui pèsent sur le leadership américain dans le domaine de l’informatique de pointe

Lorsque Liu He, économiste, politicien et « tsar de la puce » chinois, a été engagé pour mener la charge dans une course aux armements contre les États-Unis, son message s’est attardé dans l’air, laissant derrière lui un voile de tension : « Pour notre pays, la technologie n’est pas seulement pour la croissance… c’est une question de survie.”

Il était une fois, les premières prouesses technologiques des États-Unis positionnaient la nation pour devancer ses rivaux étrangers et cultiver un avantage concurrentiel pour les entreprises nationales. Pourtant, 30 ans plus tard, l’avance de l’Amérique dans l’informatique de pointe continue de décliner. Ce qui s’est passé?

Un nouveau rapport d’un chercheur du MIT et de deux collègues met en lumière le déclin du leadership américain. Les scientifiques ont examiné des mesures de haut niveau pour examiner le rétrécissement : capacités globales, superordinateurs, algorithmes appliqués et fabrication de semi-conducteurs. Grâce à leur analyse, ils ont constaté que non seulement la Chine a comblé l’écart informatique avec les États-Unis, mais près de 80 % des leaders américains dans le domaine pensent que leurs concurrents chinois améliorent leurs capacités plus rapidement, ce qui, selon l’équipe, suggère une « large menace ». à la compétitivité des États-Unis.”

Pour approfondir la mêlée, les scientifiques ont mené l’enquête Advanced Computing Users Survey, en échantillonnant 120 organisations de premier plan, y compris des universités, des laboratoires nationaux, des agences fédérales et l’industrie. L’équipe estime que ce groupe comprend un tiers et la moitié de tous les utilisateurs informatiques les plus importants aux États-Unis.

“L’informatique de pointe est cruciale pour l’amélioration scientifique, la croissance économique et la compétitivité des entreprises américaines”, déclare Neil Thompson, directeur du projet de recherche FutureTech au laboratoire d’informatique et d’intelligence artificielle (CSAIL) du MIT, qui a aidé à diriger l’étude.

Thompson, qui est également chercheur principal à l’Initiative du MIT sur l’économie numérique, a rédigé l’article avec Chad Evans, vice-président exécutif et secrétaire et trésorier du conseil d’administration du Council on Competitiveness, et Daniel Armbrust, qui est le co-fondateur, PDG initial et membre du conseil d’administration de Silicon Catalyst et ancien président de SEMATECH, le consortium de semi-conducteurs qui a développé les feuilles de route de l’industrie.

La manne des semi-conducteurs, des superordinateurs et des algorithmes

Les superordinateurs – les “calculatrices géantes” de la taille d’une pièce du monde du matériel – ne sont plus une industrie dominée par les États-Unis. Jusqu’en 2015, environ la moitié des ordinateurs les plus puissants se trouvaient fermement aux États-Unis, et la Chine se développait lentement à partir d’une base très lente. Mais au cours des six dernières années, la Chine a rapidement rattrapé son retard, atteignant presque la parité avec l’Amérique.

Ce plomb qui disparaît est important. Quatre-vingt-quatre pour cent des répondants américains à l’enquête ont déclaré être limités en termes de calcul dans l’exécution de programmes essentiels. “Ce résultat était révélateur, étant donné qui sont nos répondants : l’avant-garde des entreprises de recherche et des institutions universitaires américaines avec un accès privilégié aux ressources nationales avancées de calcul intensif”, déclare Thompson.

En ce qui concerne les algorithmes avancés, historiquement, les États-Unis ont mené la charge, avec les deux tiers de toutes les améliorations significatives dominées par des inventeurs nés aux États-Unis. Mais au cours des dernières décennies, la domination américaine dans les algorithmes s’est appuyée sur le recrutement de talents étrangers pour travailler aux États-Unis, ce qui, selon les chercheurs, est désormais menacé. La Chine a dépassé les États-Unis et de nombreux autres pays dans la production de doctorats dans les domaines STEM depuis 2007, avec un rapport postulant un avenir proche (2025) où la Chine abritera près de deux fois plus de doctorats qu’aux États-Unis. La montée en puissance des algorithmes en Chine peut également être observée avec le “Gordon Bell Prize”, une réalisation pour un travail exceptionnel dans l’exploitation de la puissance des superordinateurs dans des applications variées. Les gagnants américains ont historiquement dominé le prix, mais la Chine a maintenant égalé ou dépassé la performance des Américains au cours des cinq dernières années.

Alors que les chercheurs notent que le CHIPS and Science Act de 2022 est une étape critique pour rétablir les bases du succès de l’informatique de pointe, ils proposent des recommandations au Bureau américain de la politique scientifique et technologique.

Premièrement, ils suggèrent de démocratiser l’accès au supercalcul américain en construisant davantage de systèmes de niveau intermédiaire qui repoussent les limites pour de nombreux utilisateurs, ainsi qu’en créant des outils permettant aux utilisateurs d’augmenter les calculs et d’avoir moins d’investissement initial en ressources. Ils recommandent également d’augmenter le bassin d’innovateurs en finançant beaucoup plus d’ingénieurs électriciens et d’informaticiens formés avec des incitations et des bourses de résidence américaines à plus long terme. Enfin, en plus de ce nouveau cadre, les scientifiques demandent instamment de tirer parti de ce qui existe déjà, en fournissant au secteur privé un accès à l’expérimentation du calcul haute performance via des sites de supercalcul dans les universités et les laboratoires nationaux.

Tout ça et un sac de chips

Les améliorations informatiques dépendent des progrès continus de la densité et des performances des transistors, mais la création de nouvelles puces robustes nécessite un mélange harmonieux de conception et de fabrication.

Au cours des six dernières années, la Chine n’était pas connue comme les savants des puces remarquables. En fait, au cours des cinq dernières décennies, les États-Unis en ont conçu la plupart. Mais cela a changé au cours des six dernières années lorsque la Chine a créé le HiSilicon Kirin 9000, se propulsant à la frontière internationale. Ce succès a été principalement obtenu grâce à des partenariats avec les principaux concepteurs de puces mondiaux qui ont commencé dans les années 2000. Aujourd’hui, la Chine compte 14 entreprises parmi les 50 meilleurs designers mondiaux sans usine. Il y a dix ans, il n’y en avait qu’un.

La fabrication concurrentielle de semi-conducteurs a été plus mitigée, où les politiques dirigées par les États-Unis et les problèmes d’exécution internes ont ralenti l’essor de la Chine, mais en juillet 2022, la Semiconductor Manufacturing International Corporation (SMIC) a des preuves d’une logique de 7 nanomètres, ce qui n’était attendu que bien plus tard. . Cependant, avec des restrictions extrêmes sur les exportations d’ultraviolets, des progrès en dessous de 7 nm signifient que le développement de la technologie nationale serait coûteux. Actuellement, la Chine n’est à parité ou mieux que dans deux des 12 segments de la chaîne d’approvisionnement des semi-conducteurs. Pourtant, avec la politique et les investissements du gouvernement, l’équipe s’attend à une augmentation énorme à sept segments en 10 ans. Ainsi, pour le moment, les États-Unis conservent le leadership dans la fabrication de matériel, mais avec moins de dimensions d’avantage.

Les auteurs recommandent que le Bureau de la politique scientifique et technologique de la Maison Blanche travaille avec des agences nationales clés, telles que le département américain de la Défense, le département américain de l’Énergie et la National Science Foundation, pour définir des initiatives visant à construire les systèmes matériels et logiciels nécessaires pour paradigmes informatiques importants et charges de travail critiques pour les objectifs économiques et de sécurité. “Il est crucial que les entreprises américaines puissent bénéficier d’ordinateurs plus rapides”, déclare Thompson. “Avec le ralentissement de la loi de Moore, la meilleure façon d’y parvenir est de créer un portefeuille de puces spécialisées (ou “accélérateurs”) adaptées à nos besoins.”

Les scientifiques pensent en outre que pour diriger la prochaine génération d’informatique, quatre domaines doivent être abordés. Premièrement, en lançant de grands défis au Centre national de technologie des semi-conducteurs de la loi CHIPS, les chercheurs et les startups seraient motivés à investir dans la recherche et le développement et à rechercher des capitaux de démarrage pour de nouvelles technologies dans des domaines tels que la spintronique, la neuromorphique, l’informatique optique et quantique et l’optique. tissus d’interconnexion. En soutenant les alliés dans l’adoption d’actes similaires, l’investissement global dans ces technologies augmenterait et les chaînes d’approvisionnement deviendraient plus alignées et plus sûres. L’établissement de bancs d’essai permettant aux chercheurs de tester des algorithmes sur de nouvelles architectures et de nouveaux matériels informatiques fournirait une plate-forme essentielle pour l’innovation et la découverte. Enfin, la planification de systèmes post-exascale qui atteignent des niveaux de performance plus élevés grâce aux avancées de nouvelle génération garantirait que les technologies commerciales actuelles ne limitent pas les futurs systèmes informatiques.

« Le paysage de l’informatique de pointe évolue rapidement, sur le plan technologique, économique et politique, avec à la fois de nouvelles opportunités d’innovation et des rivalités mondiales croissantes », déclare Daniel Reed, professeur présidentiel et professeur d’informatique et de génie électrique et informatique à l’Université de l’Utah. . “Les informations transformationnelles de l’apprentissage en profondeur et de la modélisation informatique dépendent à la fois des progrès continus des semi-conducteurs et de leur instanciation dans des systèmes informatiques de pointe à grande échelle – des nuages ​​​​hyperscale et des systèmes informatiques à hautes performances. Bien que les États-Unis aient historiquement dominé le monde dans les domaines avancés des semi-conducteurs et du calcul haute performance, d’autres pays ont reconnu que ces capacités font partie intégrante de la compétitivité économique et de la sécurité nationale du 21e siècle, et ils investissent massivement. »

Le document est publié par le Examen des politiques publiques de Georgetown.

Cette histoire est republiée avec l’aimable autorisation de MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), un site populaire qui couvre l’actualité de la recherche, de l’innovation et de l’enseignement du MIT.