Budujemy kompletną platformę SoC – mówi Paweł Pieczul, jeden z założycieli firmy Polski Krzem

Polska branża elektroniczna dosyć mocno ekscytuje się możliwościami, jakie się przed nią w tym roku otworzyły. Mam tu na myśli ogłoszenia o tajwańskich inwestycjach związanych z budową Parku Technologicznego TEEMA w Miękini pod Wrocławiem (miejsce dedykowane wcześniej pod zakład integracji chipów firmy Intel) oraz włączenie się firmy Foxconn w tworzenie fabryki polskich elektryków i baterii w Jaworznie. Wiele polskich przedsiębiorstw, nawet tych w niewielkim stopniu związanych z półprzewodnikami, wciąż rozważa, jaki kawałek z tego tortu mogłoby dla siebie uszczknąć.

Dodatkowo, trwająca już piąty rok wojna w Ukrainie oraz globalne zawirowania pomiędzy Stanami Zjednoczonymi, Chinami i Unią Europejską, sprzyjają myśleniu o suwerennych układach scalonych, które zapewnią bezpieczeństwo systemom krytycznym naszego kraju.

Niestety nie zbudujemy szybko fabryki układów scalonych, podobnie jak zakładu do ich zaawansowanego pakowania i integracji. Możemy jednak tworzyć własne, kompletne platformy „System-on-Chip” (SoC) wraz z oprogramowaniem, w modelu fabless i w ten sposób budować podwaliny do całego ekosystemu półprzewodnikowego. Tak twierdzi Paweł Pieczul, który – wraz z kolegami z branży – założył firmę Polski Krzem.

Paweł Pieczul, jeden z założycieli firmy Polski Krzem

Co było katalizatorem, który połączył zespół?

– Wszystko zaczęło się od wspólnej wizji siedmiu założycieli, wywodzących się z różnych środowisk, między innymi z firmy Intel, gdzie ja pracowałem ponad 20 lat. Sześć lat temu, wraz z kilkoma osobami, stworzyłem w Gdańsku oddział brytyjskiej firmy Graphcore, która zdobyła ogromne finansowanie prywatne i bardzo szybko stała się jednorożcem na rynku startupów. Zajmowaliśmy się projektowaniem i produkcją zaawansowanych systemów obliczeniowych oraz procesorów stworzonych specjalnie na potrzeby sztucznej inteligencji i uczenia maszynowego. Poznałem tam inne, bardziej startupowe podejście do projektowania i produkcji. Zajmowaliśmy się projektowaniem procesorów do trenowania i wnioskowania sztucznej inteligencji w centrach danych. To było inne podejście niż GPU (Graphics Processing Unit) i TPU (Tensor Processing Unit). Graphcore chciał konkurować z NVIDIĄ.

Była to produkcja w modelu fabless?

– Tak, wszystkie firmy tej branży w Wielkiej Brytanii są typu fabless, ponieważ Brytyjczycy nie mają własnych fabryk półprzewodników. Graphcore produkował układy w TSMC. Kiedy został kupiony przez SoftBank, podjęliśmy decyzję o zbudowaniu czegoś zupełnie nowego. Naszym największym atutem było coś, co bardzo trudno zdobyć na rynku polskim, a mianowicie doświadczenie w firmach zagranicznych, które opanowały cały proces tworzenia układów scalonych – od koncepcji i projektowania, przez wdrożenie do produkcji i współpracę z fabrykami półprzewodników, aż po wprowadzenie gotowych produktów na rynek i ich sprzedaż. Zrozumieliśmy, że choć Polska posiada ogromny potencjał techniczny, brakuje jej spójnego, dużego podmiotu w tej branży. Stworzyliśmy więc zespół, który połączył głębokie kompetencje techniczne w zakresie projektowania i produkcji układów scalonych, z doświadczeniem rynkowym i biznesowym.

Rynek półprzewodników jest zdominowany przez gigantów takich jak NVIDIA. Czy Polski Krzem zamierza z nimi konkurować?

– Nie zamierzamy. To najważniejsza różnica. NVIDIA to „szczytowy drapieżnik” w obszarze centrów danych i sztucznej inteligencji. To oni ustalili reguły gry. Próba konkurowania z nimi na ich własnym terenie to strategia skazana na porażkę. Udział Polskiego Krzemu w tym przedsięwzięciu polega na zbudowaniu firmy, która zaprojektuje specjalistyczną platformę SoC działającą poza centrami danych. Taką, która zintegruje AI, przetwarzanie sygnałów i kontrolę w czasie rzeczywistym i będzie zoptymalizowana pod kątem autonomicznych urządzeń, współpracujących ze sobą na krawędzi sieci.

Czym ten układ będzie się różnił od wyspecjalizowanych chipów projektowanych przez inne firmy?

– Nie chcemy tworzyć pojedynczego, wąskiego bloku IP, który ktoś dopiero będzie musiał połączyć z innymi elementami. Planujemy układ integrujący kilka funkcji, które dzisiaj są realizowane w sposób trudniejszy i mniej efektywny. Wykorzystamy istniejące rozwiązania i połączymy je z tymi opracowanymi lub zmodyfikowanymi przez nas. Głównym elementem, na którym koncentrujemy własne siły projektowe jest komponent wnioskowania sztucznej inteligencji. Powstanie jednak kompletna platforma wraz z oprogramowaniem, łatwa do integracji po stronie klienta.

Wstępne rozmieszczenie elementów bloku układu scalonego, w którym pamięć zajmuje około 80% powierzchni. Układ pamięci i logiki jest optymalizowany pod kątem maksymalnego wykorzystania przestrzeni przy zachowaniu możliwości poprawnego prowadzenia połączeń.

Do jakich urządzeń będzie dedykowany Wasz SoC?

– Projektujemy nasz hardware wraz z oprogramowaniem dla urządzeń autonomicznych, takich jak roje dronów czy roboty przemysłowe. Fundamentem tych systemów jest standardowa pętla OODA (Observation, Orientation, Decision, Action). Naszą innowacją jest kooperacja (OODA+C). Oznacza to, że każde z urządzeń może działać samodzielnie, ale potrafi się też komunikować z innymi i koordynować wspólne zadania bez centralnego komputera. Dzięki temu wszystkie razem reagują na nieprzewidziane sytuacje w czasie rzeczywistym. To przyszłość autonomicznej infrastruktury. W Polsce jest firma aktywnie działająca w tej branży, produkująca m.in. system operacyjny czasu rzeczywistego RTOS. To Phoenix Systems, z którą współpracujemy.

W jaki sposób zamierzacie zapewnić bezpieczeństwo swoim układom, zwłaszcza w obliczu obaw o „backdoory” w hardware?

– Takie podatności mogą oczywiście występować. Nie da się zagwarantować stuprocentowego bezpieczeństwa, ale można istotnie ograniczać ryzyko przez odpowiednią architekturę układu, dobór technologii, rygorystyczną weryfikację projektu oraz kontrolę procesu produkcji. Odrzucamy koncepcję „security by obscurity”, czyli opierania bezpieczeństwa na ukrywaniu szczegółów technologii. Uważamy, że powinno ono wynikać z solidnej architektury, sprawdzonych standardów i możliwości niezależnej weryfikacji. Jest to szczególnie ważne w systemach autonomicznych, które łączą sztuczną inteligencję, przetwarzanie sygnałów i działanie w czasie rzeczywistym. Muszą one zapewniać nie tylko bezpieczeństwo samych obliczeń, ale również integralność oprogramowania i danych, ochronę komunikacji oraz wiarygodne uwierzytelnianie współpracujących urządzeń.

– Jednym z fundamentów naszego rozwiązania jest RISC-V, otwarty standard zestawu instrukcji procesora. Daje on swobodę projektowania własnych układów i integrowania mechanizmów bezpieczeństwa bez uzależnienia od jednego dostawcy technologii. W naszym zespole są osoby, które tworzyły rdzenie procesorów od podstaw, dlatego dobrze rozumiemy, jak istotna jest szczegółowa weryfikacja ich działania. Otwartość standardów ułatwia niezależną analizę przyjętych rozwiązań, ale bezpieczeństwo konkretnego układu wymaga znacznie szerszego procesu testowania i walidacji.

– Istotnym elementem naszej architektury jest również kryptografia postkwantowa. Chcemy wykorzystać ją między innymi do zabezpieczenia komunikacji i uwierzytelniania urządzeń, tak aby nasze rozwiązania były odporne również na przyszłe zagrożenia związane z rozwojem komputerów kwantowych. Nad sprzętowymi rozwiązaniami w tej dziedzinie pracuje także polska firma ResQuant, z którą mamy nadzieję w przyszłości współpracować.

Projekt wymaga znacznego kapitału. Skąd bierzecie środki na jego finansowanie?

– Jesteśmy obecnie w krytycznej fazie weryfikacji. Realizujemy hybrydowy model finansowania, poprzez łączenie środków publicznych (np. w ramach unijnego programu IPCEI), które są niezbędne dla tej skali projektu, z pomostowymi inwestycjami prywatnymi. Mówimy o zapotrzebowaniu rzędu kilkuset milionów euro. Kluczowych decyzji dotyczących funduszy publicznych spodziewamy się w pierwszym kwartale przyszłego roku. W tym samym czasie planujemy zamknąć pierwszą rundę finansowania prywatnego, do której już od kilku miesięcy budujemy grono inwestorów. Jesteśmy optymistami, ale też realistami w kwestii wyzwań, które przed nami stoją. Jeśli uda się zamknąć finansowanie, będziemy mogli zatrudniać inżynierów zgodnie z planem i rozpocząć projektowanie układu.

Przebiegi sygnałów podczas symulacji RTL niewielkiego bloku układu scalonego. Analiza działania cykl po cyklu pozwala wykrywać błędy i weryfikować zgodność projektu z założeniami przed jego fizycznym wykonaniem.

Co jest najbardziej kosztochłonne?

– Na etapie badań i rozwoju najdroższe są specjalistyczne narzędzia do projektowania układów scalonych. Pociągają za sobą miliony euro rocznie. Firmami, które dostarczają licencje na oprogramowanie do tworzenia układów (EDA – Electronic Design Automation) są między innymi Synopsys, Cadence oraz Siemens EDA. Tymczasowe wsparcie w tym zakresie zapewniają europejskie programy, takie jak EuroCDP (European Chip Design Platform). Mogą ułatwić firmom rozpoczęcie pracy z tymi narzędziami.

A jeśli finansowanie nie zostanie przyznane?

– Wtedy będziemy musieli przedefiniować pomysł. Nie zakładamy jednak porażki.

Do jakiego rynku chcecie dotrzeć w pierwszej kolejności?

– Myślimy przede wszystkim o autonomicznych urządzeniach, które potrafią współpracować ze sobą i podejmować decyzje bez konieczności odwoływania się do centralnego systemu. Widzimy dla nich zastosowania między innymi w obronności, szczególnie w ochronie infrastruktury krytycznej. W obszarze cywilnym myślimy o całych ekosystemach inteligentnych urządzeń, które komunikują się ze sobą, wymieniają informacje i wspólnie reagują na zmieniające się warunki. Dotyczy to również przyszłych systemów mobilności, w których autonomiczne pojazdy będą współpracować ze sobą i otaczającą je infrastrukturą, przewidując zagrożenia i reagując na nie w czasie rzeczywistym.

– To kierunek rozwoju sztucznej inteligencji, alternatywny wobec nieustannej rozbudowy centrów danych, która wiąże się z coraz większym zapotrzebowaniem na energię, wodę i infrastrukturę. Wierzymy, że przyszłość należy również do rozproszonej inteligencji, w której dane są przetwarzane lokalnie, blisko miejsca ich powstawania, a urządzenia współpracują bez potrzeby przesyłania każdej informacji do chmury.

Gdzie będą produkowane Wasze układy?

– Z biznesowego punktu widzenia lokalizacja fabryki jest drugorzędna, ponieważ działamy w modelu „fabless”. Jednak z perspektywy rozwoju krajowego ekosystemu półprzewodnikowego, bardzo chcielibyśmy widzieć produkcję w Polsce. Obecnie jest to niemożliwe, ponieważ taka infrastruktura tutaj nie istnieje. Przyglądamy się rozwiniętym ekosystemom w Europie. Bierzemy pod uwagę GlobalFoundries w Dreźnie. Uważam, że prawdziwa suwerenność nie leży w fabryce, lecz w samym projekcie. Fabryka jedynie wykonuje układ, który dostarczamy. Technologia jest nasza.

Jaka to technologia?

– Nie jesteśmy przywiązani do jednej konkretnej technologii – ważniejsze jest, żeby układ realizował założone funkcje, zapewniał odpowiednią wydajność i efektywność energetyczną, a przede wszystkim odpowiadał na rzeczywiste potrzeby rynku. Dlatego prowadzimy rozmowy z przyszłymi partnerami komercyjnymi, aby rozwijać naszą technologię z myślą o konkretnych zastosowaniach.

– Jeśli chodzi o proces produkcyjny, nie potrzebujemy najnowocześniejszych i najdroższych technologii, stosowanych między innymi w procesorach dla centrów danych. Rozważamy technologię 22 nm, która oferuje dobry kompromis między możliwościami technicznymi a kosztami. Analizujemy również wariant 16 nm, ale musimy ocenić, czy dodatkowe korzyści uzasadniają wyższe nakłady. Na etapie prototypowania planujemy korzystać z modelu multi-project wafer, który pozwala znacząco ograniczyć koszty produkcji próbnej. Takie usługi oferuje między innymi belgijski imec. Musimy również uwzględniać dostępność mocy produkcyjnych w fabrykach półprzewodników, które często są rezerwowane z dużym wyprzedzeniem przez największych klientów. Dodatkowym czynnikiem są napięcia geopolityczne, które coraz silniej wpływają na globalny łańcuch dostaw półprzewodników.

Czyli polski mikroprocesor nie musi być wyprodukowany w Polsce?

– Budowa fabryki układów scalonych w Polsce byłaby ważnym krokiem, ale równie istotne jest to, kto będzie projektował układy, które w niej powstaną, i do kogo będzie należała związana z nimi własność intelektualna. Samo miejsce produkcji nie przesądza o tym, gdzie powstaje największa wartość. Potrzebujemy w Polsce całego ekosystemu półprzewodnikowego, obejmującego projektowanie, produkcję, zaplecze badawcze i wyspecjalizowane usługi. Co ważne, jego poszczególne elementy powinny wzajemnie napędzać swój rozwój, tak aby inwestycje w kompetencje i technologie przynosiły korzyści polskiej gospodarce i tworzyły fundamenty kolejnych przedsięwzięć. Nie chodzi o to, żebyśmy stali się jedynie zapleczem technologicznym dla zagranicznych firm, ale żebyśmy budowali własne produkty i własność intelektualną, zatrzymując w kraju jak największą część tworzonej wartości. Polski Krzem chce być częścią tego procesu, rozwijając własną technologię układów scalonych dla autonomicznych, współpracujących ze sobą urządzeń.

Dziękuję za rozmowę.