ความก้าวหน้าครั้งสำคัญของจีนด้านชิปโฟโตนิก: รับมือมาตรการจำกัดของสหรัฐฯ และกำหนดอนาคตเทคโนโลยีควอนตัม

สารบัญ

1. หมุดหมายสำคัญของจีนด้านชิปโฟโตนิก: ยุคใหม่แห่งนวัตกรรมเซมิคอนดักเตอร์
2. ชิปโฟโตนิกคืออะไร และเหตุใดจึงสำคัญ
3. เบื้องหลังการผลิตชิปโฟโตนิกของจีน: โครงการ CHIPX
4. มาตรการควบคุมการส่งออกของสหรัฐฯ: แรงผลักดันให้จีนเร่งพัฒนาเซมิคอนดักเตอร์
5. ห้องปฏิบัติการที่รัฐสนับสนุนและสายการผลิตนำร่อง: ยุทธศาสตร์ตอบโต้ของจีน
6. ยุทธศาสตร์เซมิคอนดักเตอร์ในภาพรวมของจีน: จาก R&D สู่การพัฒนาบุคลากร
7. นวัตกรรมการออกแบบชิป: บทบาทของปัญญาประดิษฐ์
8. ความท้าทายและข้อจำกัด: เส้นทางข้างหน้าของชิปโฟโตนิกจีน
9. มุมมองผู้เชี่ยวชาญ: นวัตกรรมท่ามกลางแรงกดดันเชิงยุทธศาสตร์
10. ผลกระทบในวงกว้าง: การแข่งขันระดับโลกเพื่อเป็นผู้นำด้านควอนตัมและ AI
11. สรุป

หมุดหมายสำคัญของจีนด้านชิปโฟโตนิก: ยุคใหม่แห่งนวัตกรรมเซมิคอนดักเตอร์

จีนบรรลุหมุดหมายสำคัญในการมุ่งพึ่งพาตนเองด้านเทคโนโลยี ด้วยการเริ่มผลิตชิปโฟโตนิกในระดับอุตสาหกรรมโดยสถาบันในสังกัดมหาวิทยาลัยเจียวทงเซี่ยงไฮ้ การพัฒนานี้เกิดขึ้นที่ศูนย์ Chip Hub for Integrated Photonics Xplore (CHIPX) ในเมืองอู๋ซี มณฑลเจียงซู นับเป็นความก้าวหน้าครั้งสำคัญของอุตสาหกรรมเซมิคอนดักเตอร์จีน โดยเฉพาะท่ามกลางมาตรการควบคุมการส่งออกของสหรัฐฯ ที่เข้มข้นขึ้น ความเคลื่อนไหวนี้ไม่เพียงช่วยผลักดันความทะเยอทะยานของจีนด้านคอมพิวเตอร์ควอนตัมและการสื่อสารด้วยแสงความเร็วสูง แต่ยังสะท้อนยุทธศาสตร์ในภาพรวมของประเทศที่มุ่งก้าวข้ามข้อจำกัดด้านเทคโนโลยีจากต่างชาติและส่งเสริมนวัตกรรมภายในประเทศ

ชิปโฟโตนิกคืออะไร และเหตุใดจึงสำคัญ

ชิปโฟโตนิก หรือที่เรียกอีกอย่างว่าวงจรรวมโฟโตนิก เป็นการเปลี่ยนแปลงครั้งสำคัญในวิธีประมวลผลและส่งผ่านข้อมูล ชิปโฟโตนิกใช้อนุภาคแสง (โฟตอน) ในการส่งข้อมูล ต่างจากชิปอิเล็กทรอนิกส์แบบดั้งเดิมที่ใช้อิเล็กตรอน ความแตกต่างพื้นฐานนี้มีข้อดีหลายประการ ได้แก่

• ความเร็ว: แสงเดินทางได้เร็วกว่ากระแสไฟฟ้า จึงส่งข้อมูลได้ด้วยอัตราที่สูงกว่ามาก
• ประสิทธิภาพด้านพลังงาน: ชิปโฟโตนิกปล่อยความร้อนน้อยกว่าและใช้พลังงานต่ำกว่า จึงเหมาะกับศูนย์ข้อมูลและการประมวลผลสมรรถนะสูง
• แบนด์วิดท์: รองรับข้อมูลปริมาณมหาศาลได้พร้อมกัน ซึ่งมีความสำคัญต่อเครือข่ายยุคใหม่อย่าง 5G และ 6G

ชิปโฟโตนิกมีการใช้งานหลากหลาย ตั้งแต่คอมพิวเตอร์ควอนตัม การสื่อสารข้อมูล ยานยนต์ไร้คนขับ เทคโนโลยีชีวการแพทย์ กลาโหม ไปจนถึงอุตสาหกรรมการบินและอวกาศ ความสามารถในการประมวลผลและส่งผ่านข้อมูลด้วยความเร็วที่ไม่เคยมีมาก่อน ทำให้ชิปชนิดนี้เป็นเทคโนโลยีหลักสำหรับนวัตกรรมในอนาคต

เบื้องหลังการผลิตชิปโฟโตนิกของจีน: โครงการ CHIPX

ศูนย์ CHIPX ในเมืองอู๋ซีเริ่มดำเนินงานเมื่อเดือนกันยายน 2023 และได้รับการยอมรับอย่างรวดเร็วจากกระทรวงอุตสาหกรรมและเทคโนโลยีสารสนเทศของจีนให้เป็น “แพลตฟอร์มนำร่องระดับชาติที่สำคัญ” ปัจจุบันสถาบันผลิตเวเฟอร์ชิปโฟโตนิกจากลิเธียมไนโอเบตฟิล์มบาง ขนาด 6 นิ้ว มีกำลังการผลิตปีละ 12,000 เวเฟอร์ โดยแต่ละเวเฟอร์ผลิตชิปได้ประมาณ 350 ตัว กำลังการผลิตระดับนี้เกิดขึ้นเป็นครั้งแรกในจีน และทำให้ CHIPX เป็นผู้นำด้านการผลิตชิปโฟโตนิกภายในประเทศ จิน เสียนหมิน ผู้อำนวยการ CHIPX เน้นย้ำถึงความสำคัญเชิงยุทธศาสตร์ของโครงการ โดยระบุว่าสายการผลิตแบบครบวงจรนี้ผสานการวิจัยและพัฒนา การตรวจสอบกระบวนการผลิต และการผลิตที่ขยายขนาดได้ เขากล่าวว่าความสำเร็จนี้เป็น “การยกระดับความสามารถในการพึ่งพาตนเองและความสามารถในการแข่งขันระดับโลกของจีนด้านเทคโนโลยีควอนตัมให้ดียิ่งขึ้น” แพลตฟอร์มนี้ไม่ได้ออกแบบมาเพื่อการผลิตเท่านั้น แต่ยังเปิดให้แบ่งปันความเชี่ยวชาญด้านการออกแบบและกระบวนการผลิตกับพันธมิตรในอุตสาหกรรม แนวทางความร่วมมือนี้มีเป้าหมายเร่งการนำชิปโฟโตนิกไปใช้เชิงพาณิชย์ในภาคส่วนต่าง ๆ เช่น 5G, 6G, ศูนย์ข้อมูลปัญญาประดิษฐ์ (AI) และเครือข่ายคอมพิวเตอร์ควอนตัม นอกจากนี้ โครงการยังคาดว่าจะสนับสนุนเป้าหมายของอู๋ซีในการเป็นศูนย์กลางการพัฒนา AI และช่วยแก้ปัญหาคอขวดด้านกำลังประมวลผล

มาตรการควบคุมการส่งออกของสหรัฐฯ: แรงผลักดันให้จีนเร่งพัฒนาเซมิคอนดักเตอร์

ความก้าวหน้าด้านชิปโฟโตนิกของจีนเกิดขึ้นท่ามกลางมาตรการควบคุมการส่งออกของสหรัฐฯ ที่เปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็ว โดยมุ่งเป้าไปที่เซมิคอนดักเตอร์ขั้นสูงและเครื่องมือผลิตชิป ตั้งแต่ปี 2018 สหรัฐฯ ขึ้นบัญชีดำทางการค้าบริษัทเทคโนโลยีรายใหญ่ของจีน รวมถึง Huawei, Semiconductor Manufacturing International Corporation (SMIC) และบริษัทอื่น ๆ ทำให้บริษัทเหล่านี้เข้าถึงเทคโนโลยีสำคัญจากต่างชาติได้อย่างจำกัด มาตรการดังกล่าวขยายวงกว้างขึ้นในรัฐบาลทั้งของทรัมป์และไบเดน โดยมีการควบคุมการส่งออกและกำแพงภาษีระลอกใหม่ ซึ่งส่งผลไม่เพียงต่อบริษัทต่าง ๆ แต่ยังรวมถึงสถาบันวิจัยและมหาวิทยาลัย ข้อจำกัดเหล่านี้ผลักดันให้จีนเร่งลงทุนในเทคโนโลยีทางเลือก เช่น เซมิคอนดักเตอร์สารประกอบ โฟโตนิกส์ และคอมพิวเตอร์ควอนตัม รัฐบาลตอบสนองด้วยการส่งเสริมความร่วมมือตลอดห่วงโซ่อุปทาน เพิ่มงบวิจัยและพัฒนา (R&D) และสนับสนุนการจัดตั้งสายการผลิตนำร่องกับศูนย์วิจัยทั่วประเทศ

ห้องปฏิบัติการที่รัฐสนับสนุนและสายการผลิตนำร่อง: ยุทธศาสตร์ตอบโต้ของจีน

ผู้ผลิตชิปและอุปกรณ์ของจีนหลายราย ซึ่งหลายแห่งถูกสหรัฐฯ ขึ้นบัญชีดำ หันไปพึ่งห้องปฏิบัติการที่รัฐสนับสนุนและสายการผลิตนำร่องในสังกัดมหาวิทยาลัยมากขึ้น เพื่อเดินหน้าพัฒนาผลิตภัณฑ์ต่อไป ศูนย์ในเมืองต่าง ๆ เช่น อู่ฮั่น อู๋ซี และหนิงโป ให้บริการผลิตทดสอบและตรวจสอบที่สำคัญ โดยมักเข้าถึงเทคโนโลยีจากต่างประเทศได้ยืดหยุ่นกว่าบริษัทเชิงพาณิชย์ ตัวอย่างเช่น Hubei Yangtze Memory Labs ในอู่ฮั่นเปิดทางให้วิศวกรจาก Yangtze Memory Technologies (YMTC) ตรวจสอบการออกแบบชิปรุ่นใหม่ก่อนผลิตจำนวนมาก ส่วน JFS Laboratory ในอู่ฮั่นเชี่ยวชาญด้านเซมิคอนดักเตอร์สารประกอบและซิลิคอนโฟโตนิกส์ พร้อมดึงดูดนักวิทยาศาสตร์ชั้นนำจากทั่วโลก ห้องปฏิบัติการเหล่านี้มีบทบาทสำคัญในการประเมินสมรรถนะอุปกรณ์ ตรวจสอบวัสดุใหม่ และสนับสนุนการพัฒนาเทคโนโลยีรุ่นถัดไป

ยุทธศาสตร์เซมิคอนดักเตอร์ในภาพรวมของจีน: จาก R&D สู่การพัฒนาบุคลากร

แนวทางของจีนในการรับมือข้อจำกัดจากสหรัฐฯ มีหลายด้าน นอกเหนือจากการเพิ่มกำลังการผลิต ประเทศยังลงทุนอย่างมากในการวิจัยและพัฒนา การสร้างบุคลากร และการจัดตั้งคลัสเตอร์อุตสาหกรรม สำนักงานสถิติแห่งชาติจีนระบุว่า การใช้จ่ายด้าน R&D ของจีนในปี 2023 สูงกว่า 3.3 ล้านล้านหยวน (458,000 ล้านดอลลาร์สหรัฐ) เกือบสองเท่าของปี 2017 การลงทุนที่เพิ่มขึ้นนี้มาพร้อมกับการเปิดหลักสูตรด้านเซมิคอนดักเตอร์ในมหาวิทยาลัยชั้นนำหลายแห่ง เช่น มหาวิทยาลัยเจียวทงเซี่ยงไฮ้ มหาวิทยาลัยการบินและอวกาศหนานจิง และสถาบันอื่น ๆ โครงการด้านการศึกษาเหล่านี้มีเป้าหมายขยายการเข้าถึงเทคโนโลยีพื้นฐานและสร้างบุคลากรรุ่นใหม่ภายในประเทศ สาขาเฉพาะทางครอบคลุมการออกแบบระบบอัตโนมัติด้านอิเล็กทรอนิกส์ อุปกรณ์การผลิตชิป และการผลิตชิปขั้นสูง โดยมุ่งลดการพึ่งพาความเชี่ยวชาญจากต่างชาติ

นวัตกรรมการออกแบบชิป: บทบาทของปัญญาประดิษฐ์

นอกเหนือจากความก้าวหน้าด้านฮาร์ดแวร์ จีนยังพัฒนาระบบอัตโนมัติสำหรับการออกแบบชิปด้วย เมื่อไม่นานมานี้ สถาบันบัณฑิตวิทยาศาสตร์จีน (CAS) เปิดตัว QiMeng ระบบออกแบบชิปที่ขับเคลื่อนด้วย AI ซึ่งสามารถทำให้กระบวนการออกแบบวงจรรวมทั้งหมดเป็นระบบอัตโนมัติ QiMeng ใช้ประโยชน์จากโมเดลภาษาขนาดใหญ่เพื่อให้ได้สมรรถนะและประสิทธิภาพเทียบเท่าชิปที่ออกแบบโดยผู้เชี่ยวชาญ ลดเวลาและต้นทุนในการพัฒนาได้อย่างมาก นวัตกรรมนี้เกิดขึ้นในช่วงเวลาสำคัญ เนื่องจากสหรัฐฯ กดดันผู้จัดจำหน่ายซอฟต์แวร์ระบบอัตโนมัติสำหรับการออกแบบอิเล็กทรอนิกส์ (EDA) ชั้นนำให้ระงับการขายแก่จีน ส่งผลให้จีนเข้าถึงเครื่องมือออกแบบที่จำเป็นได้ยากขึ้น การพัฒนาทางเลือกภายในประเทศอย่าง QiMeng ช่วยให้จีนมุ่งรักษาความต่อเนื่องของนวัตกรรมเซมิคอนดักเตอร์ แม้เผชิญข้อจำกัดจากภายนอก

ความท้าทายและข้อจำกัด: เส้นทางข้างหน้าของชิปโฟโตนิกจีน

แม้มีความก้าวหน้า แต่อุตสาหกรรมชิปโฟโตนิกของจีนยังเผชิญอุปสรรคสำคัญ รายงานของ AskCI บริษัทที่ปรึกษาของจีน คาดการณ์ว่าตลาดชิปโฟโตนิกในจีนจะมีมูลค่าราว 15,200 ล้านหยวน (2,100 ล้านดอลลาร์สหรัฐ) ในปี 2024 เพิ่มจาก 13,800 ล้านหยวนในปี 2023 อย่างไรก็ตาม อัตราการผลิตภายในประเทศตลอดห่วงโซ่อุปทานของชิปโฟโตนิกขั้นสูงบางประเภทอยู่ต่ำกว่า 5 เปอร์เซ็นต์ สะท้อนการพึ่งพาวัสดุและอุปกรณ์นำเข้าสูงสำหรับชิ้นส่วนสำคัญบางรายการ นอกจากนี้ แม้สถาบันวิจัยและมหาวิทยาลัยโดยทั่วไปจะเผชิญข้อจำกัดทางการค้าน้อยกว่า แต่ก็ไม่ได้ปลอดจากความตึงเครียดทางการเมือง สหรัฐฯ ขึ้นบัญชี Entity List กับมหาวิทยาลัยชั้นนำของจีนหลายแห่ง ส่งผลให้การส่งออกและความร่วมมือต้องผ่านการตรวจสอบที่เข้มงวดขึ้น ขณะเดียวกัน ยุโรปก็เริ่มจับตาความร่วมมือด้านการวิจัยกับจีนอย่างใกล้ชิดมากขึ้น ทำให้เกิดข้อกังวลเรื่องความมั่นคงของงานวิจัยและการถ่ายทอดเทคโนโลยี

มุมมองผู้เชี่ยวชาญ: นวัตกรรมท่ามกลางแรงกดดันเชิงยุทธศาสตร์

ผู้เชี่ยวชาญในอุตสาหกรรมเตือนว่าไม่ควรมองข้ามศักยภาพด้านนวัตกรรมของจีน แม้ระบบที่รัฐขับเคลื่อนจะมีความไร้ประสิทธิภาพและกำลังการผลิตเกินความต้องการ สตีเฟน เอเซลล์ รองประธานฝ่ายนโยบายนวัตกรรมระดับโลกของ Information Technology and Innovation Foundation กล่าวว่า

ในทุกภาคส่วนและเมื่อพิจารณาการใช้จ่ายโดยรวม จีน [มีระดับการใช้จ่าย] ด้าน R&D ใกล้เคียงกับสหรัฐฯ หากจีนยังคงลงทุนอย่างหนัก และสหรัฐฯ เผชิญข้อจำกัดด้านงบประมาณ ก็เป็นไปได้อย่างแน่นอนว่าจีนอาจแซงหน้าสหรัฐฯ

มาติเยอ ดูชาแตล ผู้อำนวยการฝ่ายศึกษาระหว่างประเทศของ Institut Montaigne เสริมว่า แรงกดดันเชิงยุทธศาสตร์อย่างหนักจากสหรัฐฯ และพันธมิตรเป็นแรงขับเคลื่อนสำคัญที่ช่วยระดมพลังให้นวัตกรรมของจีนเดินหน้า

ผู้คนไม่ควรมองข้ามศักยภาพด้านนวัตกรรมของจีนเพียงเพราะระบบที่รัฐขับเคลื่อนมีความไร้ประสิทธิภาพ แรงกดดันเชิงยุทธศาสตร์อย่างหนักที่จีนเผชิญจากสหรัฐฯ และพันธมิตรยังเป็นแรงขับเคลื่อนสำคัญอีกด้วย

ผลกระทบในวงกว้าง: การแข่งขันระดับโลกเพื่อเป็นผู้นำด้านควอนตัมและ AI

ความสำเร็จในการผลิตชิปโฟโตนิกจำนวนมากของจีนส่งผลต่อภูมิทัศน์เทคโนโลยีทั่วโลกอย่างกว้างขวาง ชิปโฟโตนิกเป็นองค์ประกอบสำคัญของการพัฒนาคอมพิวเตอร์ควอนตัม ซึ่งมีศักยภาพพลิกโฉมตั้งแต่วงการวิทยาการเข้ารหัสไปจนถึงการค้นคว้ายา นอกจากนี้ยังมีความสำคัญต่อศูนย์ข้อมูล AI รุ่นถัดไป โดยช่วยให้ประมวลผลชุดข้อมูลขนาดใหญ่ได้รวดเร็วและมีประสิทธิภาพยิ่งขึ้น ความก้าวหน้าของจีนในด้านนี้ท้าทายการครองความเป็นผู้นำแบบเดิมของยักษ์ใหญ่เซมิคอนดักเตอร์จากตะวันตกและเอเชียตะวันออก เช่น TSMC และ Samsung แม้บริษัทจีนยังตามหลังในกระบวนการผลิตขั้นสูงบางประเภท แต่ความก้าวหน้าอย่างรวดเร็วด้านโฟโตนิกส์ การออกแบบชิปด้วย AI และวัสดุเซมิคอนดักเตอร์ทางเลือก บ่งชี้ว่าช่องว่างทางเทคโนโลยีกำลังแคบลง ในเวลาเดียวกัน ห่วงโซ่อุปทานเซมิคอนดักเตอร์ทั่วโลกยังเชื่อมโยงกันอย่างใกล้ชิด แม้จีนผลักดันการพึ่งพาตนเอง แต่ก็ยังต้องนำเข้าอุปกรณ์และวัสดุสำหรับบางขั้นตอนของการผลิตชิป ความตึงเครียดทางภูมิรัฐศาสตร์และมาตรการควบคุมการส่งออกที่ดำเนินต่อไปมีแนวโน้มกำหนดทิศทางของอุตสาหกรรมนี้ไปอีกหลายปี โดยก่อให้เกิดทั้งความเสี่ยงและโอกาสด้านนวัตกรรมแก่ทุกฝ่าย

สรุป

• จีนเริ่มผลิตชิปโฟโตนิกในระดับอุตสาหกรรมที่ศูนย์ CHIPX ในเมืองอู๋ซี นับเป็นหมุดหมายสำคัญของภาคเซมิคอนดักเตอร์
• ชิปโฟโตนิกใช้แสงประมวลผลและส่งผ่านข้อมูล จึงมีข้อได้เปรียบด้านความเร็ว ประสิทธิภาพพลังงาน และแบนด์วิดท์เหนือชิปอิเล็กทรอนิกส์แบบดั้งเดิม
• ความก้าวหน้านี้เกิดขึ้นท่ามกลางมาตรการควบคุมการส่งออกของสหรัฐฯ ที่เข้มข้นขึ้น ซึ่งผลักดันให้จีนลงทุนมหาศาลในเทคโนโลยีทางเลือก R&D และการพัฒนาบุคลากร
• ห้องปฏิบัติการที่รัฐสนับสนุนและสายการผลิตนำร่องในสังกัดมหาวิทยาลัยมีบทบาทสำคัญในการหนุนนวัตกรรมชิปภายในประเทศและรับมือข้อจำกัดด้านเทคโนโลยีจากต่างชาติ
• จีนยังเผชิญความท้าทายต่อเนื่อง ทั้งอัตราการผลิตในประเทศที่ต่ำในห่วงโซ่อุปทานชิปโฟโตนิกขั้นสูง และการตรวจสอบที่เข้มงวดขึ้นจากสหรัฐฯ และยุโรป
• นวัตกรรมอย่างระบบออกแบบชิป QiMeng ที่ขับเคลื่อนด้วย AI แสดงให้เห็นความมุ่งมั่นของจีนในการลดการพึ่งพาเทคโนโลยีต่างชาติและเร่งพัฒนาเซมิคอนดักเตอร์
• การแข่งขันระดับโลกเพื่อเป็นผู้นำด้านคอมพิวเตอร์ควอนตัมและ AI กำลังเข้มข้นขึ้น โดยความก้าวหน้าด้านชิปโฟโตนิกของจีนกำลังปรับเปลี่ยนภูมิทัศน์การแข่งขัน