पुरवठा साखळीच्या आत खोलवर, काही जादूगार वाळूचे रूपांतर परिपूर्ण हिऱ्याच्या संरचित सिलिकॉन क्रिस्टल डिस्कमध्ये करतात, जे संपूर्ण अर्धवाहक पुरवठा साखळीसाठी आवश्यक असतात. ते अर्धवाहक पुरवठा साखळीचा भाग आहेत जे "सिलिकॉन वाळू" चे मूल्य जवळजवळ हजार पटीने वाढवते. समुद्रकिनाऱ्यावर तुम्हाला दिसणारी मंद चमक सिलिकॉन आहे. सिलिकॉन हा एक जटिल क्रिस्टल आहे ज्यामध्ये ठिसूळपणा आणि घन धातूसारखा धातू (धातू आणि अधातू गुणधर्म) आहे. सिलिकॉन सर्वत्र आहे.
सिलिकॉन हा पृथ्वीवरील ऑक्सिजन नंतरचा दुसरा सर्वात सामान्य पदार्थ आहे आणि विश्वातील सातवा सर्वात सामान्य पदार्थ आहे. सिलिकॉन हा एक अर्धवाहक आहे, म्हणजेच त्यात वाहक (जसे की तांबे) आणि इन्सुलेटर (जसे की काच) यांच्यामध्ये विद्युत गुणधर्म आहेत. सिलिकॉन रचनेत थोड्या प्रमाणात परदेशी अणू त्याचे वर्तन मूलभूतपणे बदलू शकतात, म्हणून अर्धवाहक-ग्रेड सिलिकॉनची शुद्धता आश्चर्यकारकपणे जास्त असली पाहिजे. इलेक्ट्रॉनिक-ग्रेड सिलिकॉनसाठी स्वीकार्य किमान शुद्धता 99.999999% आहे.
याचा अर्थ असा की दर दहा अब्ज अणूंसाठी फक्त एकच नॉन-सिलिकॉन अणू वापरण्याची परवानगी आहे. चांगले पिण्याचे पाणी ४ कोटी नॉन-वॉटर रेणू वापरण्याची परवानगी देते, जे सेमीकंडक्टर-ग्रेड सिलिकॉनपेक्षा ५ कोटी पट कमी शुद्ध आहे.
ब्लँक सिलिकॉन वेफर उत्पादकांनी उच्च-शुद्धता असलेल्या सिलिकॉनचे परिपूर्ण सिंगल-क्रिस्टल स्ट्रक्चर्समध्ये रूपांतर केले पाहिजे. योग्य तापमानात सिंगल मदर क्रिस्टलला वितळलेल्या सिलिकॉनमध्ये आणून हे केले जाते. मदर क्रिस्टलभोवती नवीन डॉटर क्रिस्टल्स वाढू लागल्यावर, वितळलेल्या सिलिकॉनपासून सिलिकॉन इनगॉट हळूहळू तयार होतो. ही प्रक्रिया मंद असते आणि त्याला एक आठवडा लागू शकतो. तयार सिलिकॉन इनगॉटचे वजन सुमारे १०० किलोग्रॅम असते आणि ते ३,००० पेक्षा जास्त वेफर्स बनवू शकते.
अतिशय बारीक डायमंड वायर वापरून वेफर्स पातळ कापांमध्ये कापले जातात. सिलिकॉन कटिंग टूल्सची अचूकता खूप जास्त असते आणि ऑपरेटर्सवर सतत लक्ष ठेवले पाहिजे, अन्यथा ते त्यांच्या केसांना मूर्ख बनवण्यासाठी या टूल्सचा वापर करण्यास सुरुवात करतील. सिलिकॉन वेफर्सच्या उत्पादनाची संक्षिप्त ओळख खूप सोपी आहे आणि त्यात प्रतिभावानांच्या योगदानाचे पूर्णपणे श्रेय दिलेले नाही; परंतु सिलिकॉन वेफर व्यवसायाची सखोल समज मिळविण्यासाठी ती पार्श्वभूमी प्रदान करेल अशी आशा आहे.
सिलिकॉन वेफर्सचा पुरवठा आणि मागणीचा संबंध
सिलिकॉन वेफर मार्केटमध्ये चार कंपन्यांचे वर्चस्व आहे. बऱ्याच काळापासून, मार्केटमध्ये मागणी आणि पुरवठा यांच्यातील नाजूक संतुलन आहे.
२०२३ मध्ये सेमीकंडक्टर विक्रीत घट झाल्यामुळे बाजारपेठेत जास्त पुरवठा झाला आहे, ज्यामुळे चिप उत्पादकांच्या अंतर्गत आणि बाह्य इन्व्हेंटरीज जास्त आहेत. तथापि, ही केवळ एक तात्पुरती परिस्थिती आहे. बाजार जसजसा सावरेल तसतसे उद्योग लवकरच क्षमतेच्या काठावर परत येईल आणि एआय क्रांतीमुळे निर्माण झालेल्या अतिरिक्त मागणीची पूर्तता करावी लागेल. पारंपारिक सीपीयू-आधारित आर्किटेक्चरपासून प्रवेगक संगणनाकडे संक्रमणाचा परिणाम संपूर्ण उद्योगावर होईल, कारण तथापि, याचा परिणाम सेमीकंडक्टर उद्योगाच्या कमी-मूल्याच्या विभागांवर होऊ शकतो.
ग्राफिक्स प्रोसेसिंग युनिट (GPU) आर्किटेक्चरला अधिक सिलिकॉन क्षेत्राची आवश्यकता असते.
कामगिरीची मागणी वाढत असताना, GPU उत्पादकांना GPU मधून उच्च कार्यक्षमता मिळविण्यासाठी काही डिझाइन मर्यादांवर मात करावी लागते. स्पष्टपणे, चिप मोठी करणे हा उच्च कार्यक्षमता मिळविण्याचा एक मार्ग आहे, कारण इलेक्ट्रॉन वेगवेगळ्या चिप्समध्ये लांब अंतर प्रवास करण्यास आवडत नाहीत, ज्यामुळे कामगिरी मर्यादित होते. तथापि, चिप मोठी करण्यासाठी एक व्यावहारिक मर्यादा आहे, जी "रेटिना मर्यादा" म्हणून ओळखली जाते.
लिथोग्राफी मर्यादा म्हणजे सेमीकंडक्टर मॅन्युफॅक्चरिंगमध्ये वापरल्या जाणाऱ्या लिथोग्राफी मशीनमध्ये एकाच टप्प्यात उघड करता येणाऱ्या चिपच्या कमाल आकाराचा संदर्भ. ही मर्यादा लिथोग्राफी उपकरणांच्या, विशेषतः लिथोग्राफी प्रक्रियेत वापरल्या जाणाऱ्या स्टेपर किंवा स्कॅनरच्या कमाल चुंबकीय क्षेत्राच्या आकाराने निश्चित केली जाते. नवीनतम तंत्रज्ञानासाठी, मास्क मर्यादा सहसा सुमारे 858 चौरस मिलिमीटर असते. ही आकार मर्यादा खूप महत्वाची आहे कारण ती एकाच एक्सपोजरमध्ये वेफरवर पॅटर्न करता येणारे कमाल क्षेत्र निश्चित करते. जर वेफर या मर्यादेपेक्षा मोठे असेल, तर वेफरला पूर्णपणे पॅटर्न करण्यासाठी अनेक एक्सपोजरची आवश्यकता असेल, जे जटिलता आणि संरेखन आव्हानांमुळे मोठ्या प्रमाणात उत्पादनासाठी अव्यवहार्य आहे. नवीन GB200 कण आकार मर्यादा असलेल्या दोन चिप सब्सट्रेट्सना सिलिकॉन इंटरलेयरमध्ये एकत्र करून या मर्यादेवर मात करेल, ज्यामुळे दुप्पट मोठा सुपर-पार्टिकल-लिमिटेड सब्सट्रेट तयार होईल. इतर कामगिरी मर्यादा म्हणजे मेमरीचे प्रमाण आणि त्या मेमरीचे अंतर (म्हणजे मेमरी बँडविड्थ). नवीन GPU आर्किटेक्चर्स स्टॅक्ड हाय-बँडविड्थ मेमरी (HBM) वापरून या समस्येवर मात करतात जी दोन GPU चिप्ससह एकाच सिलिकॉन इंटरपोजरवर स्थापित केली जाते. सिलिकॉनच्या दृष्टिकोनातून, HBM ची समस्या अशी आहे की उच्च बँडविड्थसाठी आवश्यक असलेल्या उच्च-समांतर इंटरफेसमुळे सिलिकॉन क्षेत्राचा प्रत्येक बिट पारंपारिक DRAM पेक्षा दुप्पट आहे. HBM प्रत्येक स्टॅकमध्ये लॉजिक कंट्रोल चिप देखील समाकलित करते, ज्यामुळे सिलिकॉन क्षेत्र वाढते. एका ढोबळ गणनावरून असे दिसून येते की 2.5D GPU आर्किटेक्चरमध्ये वापरलेले सिलिकॉन क्षेत्र पारंपारिक 2.0D आर्किटेक्चरपेक्षा 2.5 ते 3 पट आहे. आधी सांगितल्याप्रमाणे, फाउंड्री कंपन्या या बदलासाठी तयार नसल्यास, सिलिकॉन वेफर क्षमता पुन्हा खूप घट्ट होऊ शकते.
सिलिकॉन वेफर मार्केटची भविष्यातील क्षमता
सेमीकंडक्टर उत्पादनाच्या तीन नियमांपैकी पहिला नियम म्हणजे जेव्हा कमीत कमी पैसे उपलब्ध असतात तेव्हा जास्तीत जास्त पैसे गुंतवणे आवश्यक असते. हे उद्योगाच्या चक्रीय स्वरूपामुळे आहे आणि सेमीकंडक्टर कंपन्यांना हा नियम पाळणे कठीण जाते. आकृतीमध्ये दाखवल्याप्रमाणे, बहुतेक सिलिकॉन वेफर उत्पादकांनी या बदलाचा परिणाम ओळखला आहे आणि गेल्या काही तिमाहीत त्यांचे एकूण तिमाही भांडवली खर्च जवळजवळ तिप्पट केले आहेत. कठीण बाजार परिस्थिती असूनही, हे अजूनही आहे. आणखी मनोरंजक म्हणजे हा ट्रेंड बराच काळ चालू आहे. सिलिकॉन वेफर कंपन्या भाग्यवान आहेत किंवा त्यांना असे काहीतरी माहित आहे जे इतरांना माहित नाही. सेमीकंडक्टर पुरवठा साखळी ही एक टाइम मशीन आहे जी भविष्याचा अंदाज लावू शकते. तुमचे भविष्य दुसऱ्या कोणाचे तरी भूतकाळ असू शकते. आपल्याला नेहमीच उत्तरे मिळत नसली तरी, आपल्याला जवळजवळ नेहमीच उपयुक्त प्रश्न पडतात.
पोस्ट वेळ: जून-१७-२०२४