आपूर्ति श्रृंखला के भीतर, कुछ जादूगर रेत को हीरे की संरचना वाले सिलिकॉन क्रिस्टल डिस्क में बदल देते हैं, जो पूरी अर्धचालक आपूर्ति श्रृंखला के लिए आवश्यक हैं। वे अर्धचालक आपूर्ति श्रृंखला का हिस्सा हैं जो "सिलिकॉन रेत" के मूल्य को लगभग एक हजार गुना बढ़ा देता है। समुद्र तट पर आप जो हल्की चमक देखते हैं वह सिलिकॉन है। सिलिकॉन एक जटिल क्रिस्टल है जिसमें भंगुरता और ठोस धातु (धात्विक और गैर-धात्विक गुण) होती है। सिलिकॉन हर जगह है।
ऑक्सीजन के बाद सिलिकॉन पृथ्वी पर दूसरा सबसे आम पदार्थ है, और ब्रह्मांड में सातवां सबसे आम पदार्थ है। सिलिकॉन एक अर्धचालक है, जिसका अर्थ है कि इसमें कंडक्टर (जैसे तांबा) और इन्सुलेटर (जैसे कांच) के बीच विद्युत गुण होते हैं। सिलिकॉन संरचना में विदेशी परमाणुओं की एक छोटी मात्रा मौलिक रूप से इसके व्यवहार को बदल सकती है, इसलिए अर्धचालक-ग्रेड सिलिकॉन की शुद्धता आश्चर्यजनक रूप से उच्च होनी चाहिए। इलेक्ट्रॉनिक-ग्रेड सिलिकॉन के लिए स्वीकार्य न्यूनतम शुद्धता 99.999999% है।
इसका मतलब यह है कि हर दस अरब परमाणुओं के लिए सिर्फ़ एक गैर-सिलिकॉन परमाणु की अनुमति है। अच्छे पीने के पानी में 40 मिलियन गैर-पानी अणु होते हैं, जो सेमीकंडक्टर-ग्रेड सिलिकॉन की तुलना में 50 मिलियन गुना कम शुद्ध है।
खाली सिलिकॉन वेफर निर्माताओं को उच्च शुद्धता वाले सिलिकॉन को सही सिंगल-क्रिस्टल संरचनाओं में बदलना चाहिए। यह उचित तापमान पर पिघले हुए सिलिकॉन में एक सिंगल मदर क्रिस्टल को पेश करके किया जाता है। जैसे ही मदर क्रिस्टल के चारों ओर नए डॉटर क्रिस्टल विकसित होने लगते हैं, पिघले हुए सिलिकॉन से धीरे-धीरे सिलिकॉन पिंड बनने लगता है। यह प्रक्रिया धीमी है और इसमें एक सप्ताह लग सकता है। तैयार सिलिकॉन पिंड का वजन लगभग 100 किलोग्राम होता है और इससे 3,000 से अधिक वेफ़र बनाए जा सकते हैं।
वेफर्स को बहुत महीन हीरे के तार का उपयोग करके पतले स्लाइस में काटा जाता है। सिलिकॉन काटने के औजारों की सटीकता बहुत अधिक है, और ऑपरेटरों पर लगातार नज़र रखी जानी चाहिए, अन्यथा वे अपने बालों के साथ मूर्खतापूर्ण काम करने के लिए औजारों का उपयोग करना शुरू कर देंगे। सिलिकॉन वेफर्स के उत्पादन का संक्षिप्त परिचय बहुत सरल है और इसमें प्रतिभाशाली लोगों के योगदान को पूरी तरह से श्रेय नहीं दिया गया है; लेकिन उम्मीद है कि यह सिलिकॉन वेफर व्यवसाय की गहरी समझ के लिए एक पृष्ठभूमि प्रदान करेगा।
सिलिकॉन वेफर्स की आपूर्ति और मांग का संबंध
सिलिकॉन वेफर बाजार पर चार कंपनियों का दबदबा है। लंबे समय से बाजार में आपूर्ति और मांग के बीच नाजुक संतुलन बना हुआ है।
2023 में सेमीकंडक्टर की बिक्री में गिरावट के कारण बाजार में आपूर्ति की अधिकता की स्थिति पैदा हो गई है, जिससे चिप निर्माताओं के आंतरिक और बाहरी भंडार अधिक हो गए हैं। हालाँकि, यह केवल एक अस्थायी स्थिति है। जैसे-जैसे बाजार में सुधार होगा, उद्योग जल्द ही क्षमता के किनारे पर लौट आएगा और उसे AI क्रांति द्वारा लाई गई अतिरिक्त मांग को पूरा करना होगा। पारंपरिक CPU-आधारित आर्किटेक्चर से त्वरित कंप्यूटिंग में संक्रमण का पूरे उद्योग पर प्रभाव पड़ेगा, क्योंकि हालाँकि, इसका सेमीकंडक्टर उद्योग के कम-मूल्य वाले खंडों पर प्रभाव पड़ सकता है।
ग्राफ़िक्स प्रोसेसिंग यूनिट (GPU) आर्किटेक्चर को अधिक सिलिकॉन क्षेत्र की आवश्यकता होती है
जैसे-जैसे प्रदर्शन की मांग बढ़ती है, GPU निर्माताओं को GPU से उच्च प्रदर्शन प्राप्त करने के लिए कुछ डिज़ाइन सीमाओं को पार करना होगा। जाहिर है, चिप को बड़ा बनाना उच्च प्रदर्शन प्राप्त करने का एक तरीका है, क्योंकि इलेक्ट्रॉन विभिन्न चिप्स के बीच लंबी दूरी तय करना पसंद नहीं करते हैं, जो प्रदर्शन को सीमित करता है। हालाँकि, चिप को बड़ा बनाने की एक व्यावहारिक सीमा है, जिसे "रेटिना सीमा" के रूप में जाना जाता है।
लिथोग्राफी सीमा चिप के अधिकतम आकार को संदर्भित करती है जिसे सेमीकंडक्टर निर्माण में उपयोग की जाने वाली लिथोग्राफी मशीन में एक ही चरण में उजागर किया जा सकता है। यह सीमा लिथोग्राफी उपकरण के अधिकतम चुंबकीय क्षेत्र के आकार से निर्धारित होती है, विशेष रूप से लिथोग्राफी प्रक्रिया में उपयोग किए जाने वाले स्टेपर या स्कैनर से। नवीनतम तकनीक के लिए, मास्क की सीमा आमतौर पर लगभग 858 वर्ग मिलीमीटर होती है। यह आकार सीमा बहुत महत्वपूर्ण है क्योंकि यह एकल एक्सपोज़र में वेफ़र पर पैटर्न किए जा सकने वाले अधिकतम क्षेत्र को निर्धारित करती है। यदि वेफ़र इस सीमा से बड़ा है, तो वेफ़र को पूरी तरह से पैटर्न करने के लिए कई एक्सपोज़र की आवश्यकता होगी, जो जटिलता और संरेखण चुनौतियों के कारण बड़े पैमाने पर उत्पादन के लिए अव्यावहारिक है। नया GB200 कण आकार की सीमाओं वाले दो चिप सब्सट्रेट को सिलिकॉन इंटरलेयर में संयोजित करके इस सीमा को पार कर जाएगा, जिससे एक सुपर-पार्टिकल-सीमित सब्सट्रेट बनेगा जो दोगुना बड़ा होगा। अन्य प्रदर्शन सीमाएँ मेमोरी की मात्रा और उस मेमोरी की दूरी (यानी मेमोरी बैंडविड्थ) हैं। नए GPU आर्किटेक्चर स्टैक्ड हाई-बैंडविड्थ मेमोरी (HBM) का उपयोग करके इस समस्या को दूर करते हैं, जिसे दो GPU चिप्स के साथ एक ही सिलिकॉन इंटरपोज़र पर स्थापित किया जाता है। सिलिकॉन के दृष्टिकोण से, HBM के साथ समस्या यह है कि उच्च बैंडविड्थ के लिए आवश्यक उच्च-समानांतर इंटरफ़ेस के कारण सिलिकॉन क्षेत्र का प्रत्येक बिट पारंपरिक DRAM से दोगुना है। HBM प्रत्येक स्टैक में एक लॉजिक कंट्रोल चिप को भी एकीकृत करता है, जिससे सिलिकॉन क्षेत्र बढ़ता है। एक मोटे हिसाब से गणना से पता चलता है कि 2.5D GPU आर्किटेक्चर में इस्तेमाल किया जाने वाला सिलिकॉन क्षेत्र पारंपरिक 2.0D आर्किटेक्चर से 2.5 से 3 गुना अधिक है। जैसा कि पहले उल्लेख किया गया है, जब तक फाउंड्री कंपनियाँ इस बदलाव के लिए तैयार नहीं होती हैं, सिलिकॉन वेफर क्षमता फिर से बहुत कम हो सकती है।
सिलिकॉन वेफर बाजार की भविष्य की क्षमता
सेमीकंडक्टर विनिर्माण के तीन नियमों में से पहला यह है कि सबसे अधिक धन तब निवेश किया जाना चाहिए जब सबसे कम धन उपलब्ध हो। यह उद्योग की चक्रीय प्रकृति के कारण है, और सेमीकंडक्टर कंपनियों को इस नियम का पालन करने में कठिनाई होती है। जैसा कि चित्र में दिखाया गया है, अधिकांश सिलिकॉन वेफर निर्माताओं ने इस परिवर्तन के प्रभाव को पहचान लिया है और पिछली कुछ तिमाहियों में अपने कुल तिमाही पूंजीगत व्यय को लगभग तीन गुना कर दिया है। कठिन बाजार स्थितियों के बावजूद, यह अभी भी मामला है। इससे भी अधिक दिलचस्प बात यह है कि यह प्रवृत्ति लंबे समय से चली आ रही है। सिलिकॉन वेफर कंपनियां भाग्यशाली हैं या कुछ ऐसा जानती हैं जो दूसरों को नहीं पता। सेमीकंडक्टर आपूर्ति श्रृंखला एक टाइम मशीन है जो भविष्य की भविष्यवाणी कर सकती है। आपका भविष्य किसी और का अतीत हो सकता है। जबकि हमें हमेशा उत्तर नहीं मिलते, हमें लगभग हमेशा सार्थक प्रश्न मिलते हैं।
पोस्ट करने का समय: जून-17-2024