Stedman Summaries #31
Om robotar som plockar din mat, AI som läser dina tankar, och halvledarfabrikerna som gör det möjligt
Det här är det trettioförsta utskicket av nyhetsbrevet Stedman Summaries. Det kommer ut varje söndag och består av kommentarer och länkar till intressanta artiklar jag läst senaste tiden. Den här veckan är temat teknologi. Vidarebefordra gärna till andra om du gillar det! Och det är helt gratis att prenumerera själv.
—Jacob
Robotar som plockar din mat
I dagligvaruhandeln möts nu två olika koncept för online-handel: den klassiska modellen där kunden beställer ur sin vanliga butiks sortiment och butikspersonalen plockar ordern från hyllorna, och MatHem-modellen där allt plockas och körs ut från ett centrallager. Men MatHems lager ger fortfarande ett relativt manuellt intryck. Vad skulle hända om de blev helt automatiserade och mycket större?
Brittiska Ocado ger en fingervisning om hur det kan se. Deras specialbyggda lager (the Hive, sv: bikupan) i sydöstra London, stort som sju fotbollsplaner, bemannas enbart av tusentals robotar (eller kanske snarare en robothjärna med tusentals tentakler).
Ocado säljer också sin teknik- och logistikplattform till andra utländska livsmedelskedjor, och svenska ICA är faktiskt en kund. I beskrivningen av samarbetet framgår att varje ICA-handlare fortfarande ska kunna styra sortiment och prissättning, men logistiken ska skötas gemensamt. (Vilket ju en väldigt logisk modell utifrån ICA:s struktur, men det kanske inte är lika tydligt för en kund varför man skulle vilja vara lojal mot en viss ICA-butik om man aldrig är där?)
Det är inte bara i lagerhållning som förändringar kommer. Marknaden för autonoma leveranser fram till konsumentens dörr (last mile) anses redan vara värd över 100 miljarder kr, och växer snabbt. Och även för just mat har flera amerikanska bolag experimenterat med att göra utkörningar med semiautomatiska robotar.
En sådan aktör är Kiwibot (se bilden), som gjort mer än hundratusen leveranser på universitetscampus i Silicon Valley senaste åren och nu rullas ut bland annat i Los Angeles. De kan leverera upp till 1,5 km och snittpriset för leveransen ligger på 20 kr.
Det ska bli intressant att se hur små butikslager och Foodora-bud på cykel kan mäta sig mot bikupor och leende botar framöver. Kommer vi att sakna jobben som försvann, eller kommer vi vara glada att maskinerna tar över de tuffa och enahanda arbetsuppgifterna?
Att läsa tankar
Nu till något lite mindre vardagligt än att handla mat: tankeläsning.
I Stedman Summaries #19 tittade vi på en apa som lärt sig spela Pong med tanken. Finns det några andra användningsfall för tankeläsning? Jepp. En ledare i The New England Journal of Medicine beskriver elegant vikten av att människor som förlamats men behållit sin kognitiva kapacitet får hjälp av kommunicera:
Of the many functions delegated to the human nervous system, perhaps none is more essentially human than the ability to express one’s thoughts. For persons with severe speech and motor impairments, restoration of the ability to communicate even simple needs is an important goal. Cognitively intact persons who are tetraplegic and anarthric know what they want to communicate — their brains prepare messages for delivery, but those messages are trapped.
Forskning kring hur en dator kan lära sig läsa av hjärnans signaler, så kallad brain-computer interfaces, har framförallt kretsat kring att hjälpa förlamade patienter med grovmotorik eller låta dem kommunicera bokstav för bokstav genom att styra en markör. (Ett annat sätt att hjälpa förlamade, som inte kräver avläsning av hjärnans signaler och därför är mer kommersiellt utvecklat, är att mäta var på en skärm en person tittar, så kallad eye tracking.)
Som i många andra fält har maskininlärningsmodeller gjort det mer realistiskt att behandla stora mängder (förvirrande) data från hjärnan. Tack vare det har flera lovande papers sista tiden visat hur man kan kommunicera mycket snabbare än att behöva välja ut en bokstav i taget.
Willett et al beskriver i Nature i maj hur man kan träna en AI-modell att känna igen aktivitet i motorbarken i hjärnan när en patient tänker på att skriva en bokstav för hand. Vi vet inte riktigt hur hjärnan tänker “nu borde jag skriva ett A”, men vi vet (lite) mer hur hjärnan tänker när vi förbereder oss för att skriva ett “A” för hand.
With this BCI (Brain–computer interfaces), our study participant, whose hand was paralysed from spinal cord injury, achieved typing speeds of 90 characters per minute with 94.1% raw accuracy online, and greater than 99% accuracy offline with a general-purpose autocorrect. To our knowledge, these typing speeds exceed those reported for any other BCI, and are comparable to typical smartphone typing speeds of individuals in the age group of our participant (115 characters per minute).
Och en annan forskargrupp har skapat ett implantat där en förlamad man kunnat kommunicera genom att försöka uttala vissa specifika ord:
He has not been able to speak since 2003, when he was paralyzed at age 20 by a severe stroke after a terrible car crash.
Now, in a scientific milestone, researchers have tapped into the speech areas of his brain — allowing him to produce comprehensible words and sentences simply by trying to say them. When the man, known by his nickname, Pancho, tries to speak, electrodes implanted in his brain transmit signals to a computer that displays his intended words on the screen.
His first recognizable sentence, researchers said, was, “My family is outside.”
Implantatet består av 128 elektroder, som designats för att fånga upp signaler från hjärnans talfunktioner men också motorrörelser till exempel i munnen, läppar, käken, tunga och stämband. Efter 48 sessioner lyckades forskarna kartlägga vilka hjärnmönster som uppstod när patienten försökte säga 50 vanliga ord, för att sedan bygga en modell som givet hjärnaktivitet förutspår vilka ord han menar.
Annan pågående forskning handlar till exempel om att försöka kategorisera vilken typ av bilder en person tänker på.
Även om datorer ju inte kommer att börja läsa människors tankar i närtid öppnar hela forskningsfältet upp många spännande etiska frågor — inte minst om det i framtiden kommer att bli tekniskt och praktiskt möjligt att avläsa en persons tankar mot deras vilja. Vad innebär det för samhället om det skulle finnas “lögndetektorer” som bevisligen fungerar och som faktiskt kan berätta vad en person tänker på?
Vi är dock fortfarande långt därifrån. Låt oss just nu glädjas åt vilka möjligheter till förbättrad livskvalitet den här forskningen kan ge en utsatt grupp.
Chipageddon
När Evergreen fastnade i Suezkanalen i våras påmindes vi om hur en åttondel av all världens handel är beroende av en 200 m bred kanal.
Och det har visar sig att det finns fler flaskhalsar i den globala ekonomin. Sista tiden har allt från lastbilar till mobiltelefoner drabbas av omfattande produktionsstörningar, på grund av en viss typ av insatsvara. AB Volvo stängde sina lastbilsfabriker i april. Ford kunde bara köra sina fabriker på halvfart i andra kvartalet och räknar med att totalt bygga en miljon färre fordon i år. Apple tappar tiotals miljarder i försäljning för att de inte kan möta efterfrågan. Till och med tillverkare av hundbadstationer påverkas.
Och det påstås att allt beror på en fabrik i Taiwan. Hur är det möjligt?
Insatsvaran som är den gemensamma nämnaren för mobiltelefoner, lastbilar och hundbadstationer är förstås elektronik. Alla elektroniska prylar idag styrs av integrerade kretsar, såsom mikroprocessorer (CPU) eller minneskort. Dessa kretsar består av ett stort antal transistorer, en slags mikroskopiska strömbrytare. Integrerade kretsar kallas informellt chips eller microchips på engelska, och det utbudsunderskott som världen upplever nu kallas därför ibland “chipageddon”. Analytiker älskar att få anspela armageddon när de pratar om kriser.
De flesta mikrochips, i termer av värde, produceras för datorer och mobiltelefoni, men även hemelektronik och fordon är stora segment. Behovet av integrerad kretsar följer konjunkturen, så bilbranschen minskade sina beställningar under 2020 när nybilsförsäljningen kollapsade. Nu har bilbranschen svårt att få prioritet för sina ordrar eftersom PC-försäljning och andra områden växt snabbt under pandemin, och tecknat upp kapacitet. (Även om bilar inte är det viktigaste användningsområdet för mikrochips, så blir mikrochips snabbt lika nödvändigt i bilar som på andra ställen: 40% av tillverkningskostnaden för en bil idag består av elektronik, enligt Deloitte.) Men även andra segment har svårt att få leveranser i tid. Branschen har helt enkelt inte lyckats hänga med tillväxten, som uppskattas till 20% i år.
Varför har utbudet inte lyckats skala upp? Låt oss titta lite mer på hur branschen fungerar.
Det som gör att datorer blivit kraftfullare och kraftfullare är att man lyckats packa in fler och fler transistorer. Fascinerande nog har antalet transistorer på ett mikrochip i stort sett fördubblats vartannat år de senaste femtio åren: från drygt 2000 transistor år 1971 till 40 miljarder härom året. Det här en enorm bedrift, som brukar kallas Moores lag (även om det är en observation snarare än någon slags naturlag). Den har möjliggjort stora delar av vår moderna värld.
Men de här vetenskapliga och ingenjörsmässiga bedrifterna har haft ett pris: att trycka ihop 40 miljarder strömbrytare på några kvadratcentimeter visar sig vara ganska pilligt. En modern transistor kan vara 5 nanometer (nm) bred, att jämföra med virus som är 20-1000 nm, eller ett hårstrå som är 100.000 nm brett. Så det krävs väldigt specialiserade och dyra maskiner:
“It’s not rocket science—it’s much more difficult,” goes one of the industry’s inside jokes.
The more complicated answer is that it takes years to build semiconductor fabrication facilities and billions of dollars—and even then the economics are so brutal that you can lose out if your manufacturing expertise is a fraction behind the competition. Former Intel Corp. boss Craig Barrett called his company’s microprocessors the most complicated devices ever made by man. […]
Building an entry-level factory that produces 50,000 wafers per month costs about $15 billion.
Och därför blir det få fabriker som har råd att göra investeringarna, inte minst eftersom den ekonomiska livslängden för en fabrik är så kort. Man har max fem år på sig att få tillbaka investeringen innan fabriken blir oattraktiv på den snabbt föränderliga marknaden. Så har man investerat 150 miljarder kr måste man upp i åtminstone ett täckningsbidrag på 30 miljarder kr per år (intäkter minus rörliga kostnader). Leveranskedjan blir därför väldigt beroende av ett fåtal jätteaktörer. Och det här är dessutom enbart för en enklare fabrik — de största aktörerna investerar mycket mer:
TSMC raised its envisioned capital expenditure for 2021 by as much as 63% to $28 billion, while Samsung is earmarking about $116 billion on a decade-long project to catch its Taiwanese arch-rival.
Hur går tillverkningen till? De flesta mikrochip är gjorda av materialet kisel (silicon på engelska, och det är förstås det som gett namn till Silicon Valley), som är en lämplig halvledare (semiconductor). Den leder ström halvbra — sämre än ledare som koppar, men bättre än isolatorer som glas — men framförallt kan ledningsförmågan ändras dynamiskt utifrån omgivningsförhållanden, vilket gör det möjligt just för en transistor att fungera som en slags mikroskopisk strömbrytare.
Bloomberg News förklarar pedagogiskt hur man skapar kiselplattor (wafers) genom att växelvis lägga hundratals lager av ledande och isolerande material, i vissa fall lager som bara är en atom tjocka, och sedan lägga på ett ljuskänsligt material som kallas fotoresist. Den önskade designen “trycks” på kiselplattan genom ett process som kallas mikrolitografi, där man lyser ultraviolett ljus genom en glasmall, och sedan framkallar kiselplattan för att kemiskt lösa upp den del av fotoresisten som blivit exponerad för ljuset. I följande processteg ersätts området mellan transistorerna av koppartråd för att koppla ihop dem. Processen kan upprepas hundratals gånger för att skapa fler lagers tills kiselplattan är klar och individuella mikrochips kan skäras ut. Hela processen har över 700 steg, tar flera månader, och allting måste ske i fullständigt dammfria lokaler fyllda med nästan helt automatiserade produktionslinjer.
Var hittar man de här fabrikerna? Tidigare var det ofta samma företag som både designade och tillverkade chips. Men numera har de flesta företag som designar chips inga egna fabriker, utan de skickar ritningar till specialiserade halvledarfabriker (fabs eller foundries på engelska). Det finns hundratals chip designers globalt, men bara ett tjugotal större fabriker. Och ansvarsuppdelningen följer tydliga regionala mönster:
The US leads in the most R&D-intensive activities—electronic design automation (EDA), core intellectual property (IP), chip design, and advanced manufacturing equipment—owing to its world-class universities, vast pool of engineering talent and market-driven innovation ecosystem. East Asia is at the forefront in wafer fabrication, which requires massive capital investments supported by government incentives as well as access to robust infrastructure and skilled workforce.
Chip designers, som till exempel Apple, utvecklar olika sorters mikrochips och vill kunna välja den lämpligaste fabriken för varje typ av chip. Och vice versa blir det enklare för fabrikerna att kunna ta uppdrag från olika kunder, eftersom man måste ha full beläggning året om, dygnet om för att få ihop ekonomin.
“In the year 2000, we used to have 30 companies that made their own integrated circuits. Then, they discovered that it’s cheaper to outsource,” explains UCLA professor Christopher Tang in an interview with The Verge.
Amerikanska Intel, sydkoreanska Samsung och taiwanesiska TSMC (Taiwan Semiconductor Manufacturing Co) är de största halvledarfabrikerna, och av dem är det bara Intel som har egen design också. Det var sannolikt en viktig konkurrensfördel för Intel under en lång tid att både kunna designa och producera, men nu har konkurrenterna gått om: mikrochips som designas av Apple och tillverkas av TSMC, eller designas av Nvidia och tillverkas av Samsung, är numera mer avancerade än Intels egna. TSMC har nu 54% av kontraktsmarknaden och Samsung 17%. Den största västerländska aktören är GlobalFoundries med 7%. Kina är en liten aktör idag i själva tillverkningen, men är det enskilda land som satsar mest i år på att bygga kapacitet.
Till och med de stora aktörerna har specialiserat sig på olika typer av chips.
The brutal economics of the industry mean fewer companies can afford to keep up. Most of the roughly 1.4 billion smartphone processors shipped each year are made by TSMC. Intel has 80% of the market for computer processors. Samsung dominates in memory chips.
Och de mest komplexa mikrochipsen tillverkas på väldigt få ställen:
Furthermore, all of the world’s most advanced semiconductor manufacturing capacity—in nodes below 10 nanometers—is currently located in South Korea (8%) and Taiwan (92%). These are single points of failure that could be disrupted by natural disasters, infrastructure shutdowns, or international conflicts, and may cause severe interruptions in the supply of chips.
TSMC tillverkar också tre fjärdedelar av de integrerade kretsarna som används i bilbranschen, vilket gör att bolagets kapacitetsproblem påverkar hela bilbranschen. Och det är för de enklaste typerna av mikrochips, som inte minst behövs i fordon, men också datorer och telefoner, där förseningarna varit störst:
Apple chief executive Tim Cook said Wednesday that shortages of “legacy nodes,” or older-technology chips, are causing the most problems for his company. The most modern smartphones and tablets use the fastest, most high-tech chips but also require more mature chips to perform certain functions, such as operating screen displays.
Older-tech chips are also in high demand by automakers and others, making it hard to assess when the supply constraints will ease, Cook said in an earnings call. […]
Semiconductor manufacturers have focused their investments on factories that can build the latest and most profitable chip technology, leaving less capacity to produce chips of older designs.
Om man tycker att marknaden för mikrochips är koncentrerad till alltför få aktörer, då blir man inte gladare om man tittar på marknaden för maskiner för att tillverka mikrochips. Värdet på utrustningsmarknaden har nästan dubblats på fem år, och omsätter nu runt 600 miljarder kronor. Den ledande tillverkaren är det holländska bolaget ASML Holding NV, som har 62% av marknaden för mikrolitografimaskinerna. De är ledande framförallt på de mest avancerade maskinerna, efter att under 20 års tid ha satsat miljarder på att utveckla en unik teknologi för att kunna göra ännu mindre transistorer. Det här är ingen bransch för de som vill ha snabba vinster.
Så vad kan man göra åt utbudsunderskottet? Just de här leveransproblemen kommer nog att ge med sig relativt snart, i takt med att existerande aktörer skalar upp. Men givet hur viktiga mikrochips är för andra branscher, och att den globala ekonomin i slutändan står på spel, vad kan man göra för att minska risken att det händer igen?
Det finns numera — som med mycket annat — ett politisk tryck för att USA och EU ska bli mindre beroende av omvärlden. Intel har pratat om att investera 175 miljarder i nya fabriker i USA (och kommer då att erbjuda kapacitet för att tillverka mikrochips åt andra), och TSMC och Samsung har också sagt sig vara intresserade av att bygga fabriker i USA. Även Bidens infrastrukturplan inkluderar 400 miljarder kr till amerikanska halvledarfabriker under åtta år. Motsvarande tongångar hörs även inom EU.
Men politiska ambitioner har svårt att rå på den ingenjörsmässiga och skalekonomiska verkligheten. Det finns stora ekonomiska fördelar med att ha stora, globala aktörer som blir bäst på just sin typ av produktion.
The global structure of the semiconductor supply chain, developed over the past three decades, has enabled the industry to deliver continual leaps in cost savings and performance enhancements that ultimately made possible the explosion in information technology and digital services. […]
This global structure delivers enormous value. A hypothetical alternative with parallel, fully “self-sufficient” local supply chains in each region to meet its current levels of semiconductor consumption would have required at least $1 trillion in incremental upfront investment, resulting in a 35% to 65% overall increase in semiconductor prices and ultimately higher costs of electronic devices for end users.
Det finns nog en “lagom”-position där regioner och länder ökar sin lokala kapacitet, inte minst för säkerställa egen produktion av mikrochips för militären och kritisk infrastruktur, utan att helt överge de ekonomiska fördelar som kommer av specialisering. Ska vi ha billiga och smarta mikrochips i minsta brödrost, och ständigt snabbare iPads, så måste vi nog acceptera att vi fortsatt kommer att påverkas av taiwanesiskt väder och konkurrens med Kina.
Techskvaller
Slutligen: för den som är intresserad av hur de stora techbolagen styrs har twitter-kontot @TechEmails sammanställt interna mailkonversationer som kommit till allmän kännedom genom domstolsprocesser.
Många av mailen är nog mest intressanta för de som verkligen följer vissa av bolagen. Men några är allmänbildande för den som vill förstå vad som diskuteras i ledningsgrupperna för världens största bolag.
Man kan också till exempel läsa om hur Mark Zuckerberg försökte — framgångsrikt — övertyga Instagrams grundare om att de skulle sälja bolaget till Facebook.
Och ja, det är också lite intressant att förstå vad de världsberömda techprofilerna spenderar sin tid på. Många verkar vara väldigt nära produktfrågor. Här väljer till exempel Steve Jobs, Apples VD, vilken copy han föredrar i ett visst meddelande. (Apple var förvisso mycket mindre än idag år 2008, men omsatte ändå mer än 300 miljoner kr.)
Det här var allt för idag.
Om du har vänner som du tror skulle gilla nyhetsbrevet, vidarebefordra det till dem eller tipsa dem om att skriva upp sig här för framtida utskick (det är helt gratis!).
Vi hörs nästa söndag. Ha en bra vecka!
—Jacob