पुरवठा साखळीच्या अगदी आत, काही जादूगार वाळूचे रूपांतर परिपूर्ण हिऱ्यासारख्या संरचनेच्या सिलिकॉन क्रिस्टल डिस्कमध्ये करतात, जे संपूर्ण सेमीकंडक्टर पुरवठा साखळीसाठी अत्यावश्यक आहेत. ते सेमीकंडक्टर पुरवठा साखळीचा एक भाग आहेत, ज्यामुळे "सिलिकॉन वाळू"चे मूल्य जवळजवळ हजार पटींनी वाढते. समुद्रकिनाऱ्यावर दिसणारी ती मंद चमक सिलिकॉन आहे. सिलिकॉन हा एक जटिल स्फटिक आहे, ज्यात ठिसूळपणा आणि धातूसारखे घन गुणधर्म (धातु आणि अधातू दोन्ही) असतात. सिलिकॉन सर्वत्र आहे.
ऑक्सिजननंतर सिलिकॉन हा पृथ्वीवरील दुसरा सर्वात सामान्य पदार्थ आहे आणि विश्वातील सातवा सर्वात सामान्य पदार्थ आहे. सिलिकॉन एक अर्धवाहक आहे, म्हणजेच त्याचे विद्युत गुणधर्म वाहक (जसे की तांबे) आणि विसंवाहक (जसे की काच) यांच्या दरम्यानचे असतात. सिलिकॉनच्या संरचनेत परकीय अणूंचे थोडेसे प्रमाण देखील त्याच्या वर्तनात मूलभूत बदल घडवू शकते, त्यामुळे अर्धवाहक-दर्जाच्या सिलिकॉनची शुद्धता आश्चर्यकारकपणे उच्च असणे आवश्यक आहे. इलेक्ट्रॉनिक-दर्जाच्या सिलिकॉनसाठी स्वीकार्य किमान शुद्धता ९९.९९९९९९% आहे.
याचा अर्थ असा की, प्रत्येक दहा अब्ज अणूंमध्ये फक्त एका गैर-सिलिकॉन अणूला परवानगी आहे. चांगल्या पिण्याच्या पाण्यात ४० दशलक्ष गैर-पाण्याचे रेणू असू शकतात, जे सेमीकंडक्टर-ग्रेड सिलिकॉनपेक्षा ५० दशलक्ष पट कमी शुद्ध आहे.
ब्लँक सिलिकॉन वेफर उत्पादकांना उच्च-शुद्धतेच्या सिलिकॉनचे परिपूर्ण एक-स्फटिकी संरचनेत रूपांतर करावे लागते. हे करण्यासाठी, योग्य तापमानाला वितळलेल्या सिलिकॉनमध्ये एक मातृ-स्फटिक टाकला जातो. जसे जसे मातृ-स्फटिकाभोवती नवीन उप-स्फटिक वाढू लागतात, तसे वितळलेल्या सिलिकॉनपासून सिलिकॉनचा लगदा हळूहळू तयार होतो. ही प्रक्रिया मंद असून तिला एक आठवडा लागू शकतो. तयार झालेल्या सिलिकॉनच्या लगद्याचे वजन सुमारे १०० किलोग्रॅम असते आणि त्यापासून ३,००० पेक्षा जास्त वेफर्स बनवता येतात.
अतिशय बारीक हिऱ्याच्या तारेचा वापर करून वेफर्सचे पातळ काप केले जातात. सिलिकॉन कापण्याच्या साधनांची अचूकता खूप उच्च असते आणि ऑपरेटर्सवर सतत लक्ष ठेवावे लागते, नाहीतर ते त्या साधनांचा वापर करून आपल्या केसांशी काहीतरी विचित्र करू लागतील. सिलिकॉन वेफर्सच्या उत्पादनाची ही संक्षिप्त ओळख खूपच सोपी करून सांगितलेली आहे आणि ती त्या प्रतिभावान व्यक्तींच्या योगदानाला पूर्ण श्रेय देत नाही; परंतु यातून सिलिकॉन वेफर व्यवसायाची सखोल माहिती मिळवण्यासाठी एक पार्श्वभूमी मिळेल अशी आशा आहे.
सिलिकॉन वेफर्सचा पुरवठा आणि मागणी संबंध
सिलिकॉन वेफरच्या बाजारपेठेत चार कंपन्यांचे वर्चस्व आहे. बऱ्याच काळापासून, ही बाजारपेठ पुरवठा आणि मागणी यांच्यातील नाजूक संतुलनात आहे.
२०२३ मध्ये सेमीकंडक्टर विक्रीत झालेल्या घसरणीमुळे बाजारात अतिरिक्त पुरवठ्याची स्थिती निर्माण झाली आहे, ज्यामुळे चिप उत्पादकांचा अंतर्गत आणि बाह्य साठा वाढला आहे. तथापि, ही केवळ एक तात्पुरती परिस्थिती आहे. जसजशी बाजारपेठ सुधारेल, तसतसा हा उद्योग लवकरच आपल्या क्षमतेच्या मर्यादेपर्यंत पोहोचेल आणि त्याला एआय (AI) क्रांतीमुळे निर्माण झालेली अतिरिक्त मागणी पूर्ण करावी लागेल. पारंपरिक सीपीयू-आधारित आर्किटेक्चरकडून प्रवेगित संगणनाकडे (accelerated computing) होणाऱ्या संक्रमणाचा संपूर्ण उद्योगावर परिणाम होईल, तथापि, याचा सेमीकंडक्टर उद्योगाच्या कमी-मूल्याच्या विभागांवरही परिणाम होऊ शकतो.
ग्राफिक्स प्रोसेसिंग युनिट (GPU) आर्किटेक्चरला अधिक सिलिकॉन क्षेत्राची आवश्यकता असते.
जसजशी कार्यक्षमतेची मागणी वाढते, तसतसे GPU उत्पादकांना GPUs मधून उच्च कार्यक्षमता मिळवण्यासाठी काही डिझाइन मर्यादांवर मात करावी लागते. साहजिकच, चिपचा आकार मोठा करणे हा उच्च कार्यक्षमता मिळवण्याचा एक मार्ग आहे, कारण इलेक्ट्रॉन्सना वेगवेगळ्या चिप्समध्ये लांब अंतर पार करणे आवडत नाही, ज्यामुळे कार्यक्षमता मर्यादित होते. तथापि, चिपचा आकार मोठा करण्याला एक व्यावहारिक मर्यादा आहे, जी 'रेटिना लिमिट' म्हणून ओळखली जाते.
लिथोग्राफी मर्यादा म्हणजे सेमीकंडक्टर उत्पादनात वापरल्या जाणाऱ्या लिथोग्राफी मशीनमध्ये एकाच टप्प्यात एक्सपोज करता येणाऱ्या चिपचा कमाल आकार होय. ही मर्यादा लिथोग्राफी उपकरणाच्या, विशेषतः लिथोग्राफी प्रक्रियेत वापरल्या जाणाऱ्या स्टेपर किंवा स्कॅनरच्या, कमाल चुंबकीय क्षेत्राच्या आकारावर अवलंबून असते. नवीनतम तंत्रज्ञानासाठी, मास्क मर्यादा साधारणपणे ८५८ चौरस मिलिमीटर असते. ही आकाराची मर्यादा खूप महत्त्वाची आहे, कारण ती एकाच एक्सपोजरमध्ये वेफरवर पॅटर्न करता येणारे कमाल क्षेत्र निश्चित करते. जर वेफर या मर्यादेपेक्षा मोठी असेल, तर वेफरला पूर्णपणे पॅटर्न करण्यासाठी अनेक एक्सपोजरची आवश्यकता असेल, जे गुंतागुंत आणि अलाइनमेंटच्या आव्हानांमुळे मोठ्या प्रमाणावरील उत्पादनासाठी अव्यवहार्य आहे. नवीन GB200 ही मर्यादा दूर करेल, कारण ती कणांच्या आकारावर मर्यादा असलेल्या दोन चिप सबस्ट्रेट्सना एका सिलिकॉन इंटरलेयरमध्ये एकत्र करून, दुप्पट आकाराचा एक सुपर-पार्टिकल-लिमिटेड सबस्ट्रेट तयार करते. इतर कार्यक्षमतेच्या मर्यादांमध्ये मेमरीचे प्रमाण आणि त्या मेमरीपर्यंतचे अंतर (म्हणजेच मेमरी बँडविड्थ) यांचा समावेश होतो. नवीन GPU आर्किटेक्चर, दोन GPU चिप्ससह एकाच सिलिकॉन इंटरपॉझरवर स्थापित केलेल्या स्टॅक्ड हाय-बँडविड्थ मेमरीचा (HBM) वापर करून या समस्येवर मात करतात. सिलिकॉनच्या दृष्टिकोनातून, HBM मधील समस्या ही आहे की उच्च बँडविड्थसाठी आवश्यक असलेल्या हाय-पॅरलल इंटरफेसमुळे प्रत्येक बिटचे सिलिकॉन क्षेत्रफळ पारंपरिक DRAM च्या दुप्पट असते. HBM प्रत्येक स्टॅकमध्ये एक लॉजिक कंट्रोल चिप देखील समाविष्ट करते, ज्यामुळे सिलिकॉन क्षेत्रफळ वाढते. एका ढोबळ गणनेनुसार, 2.5D GPU आर्किटेक्चरमध्ये वापरलेले सिलिकॉन क्षेत्रफळ पारंपरिक 2.0D आर्किटेक्चरच्या 2.5 ते 3 पट आहे. आधी सांगितल्याप्रमाणे, जोपर्यंत फाउंड्री कंपन्या या बदलासाठी तयार होत नाहीत, तोपर्यंत सिलिकॉन वेफरची क्षमता पुन्हा खूप कमी होऊ शकते.
सिलिकॉन वेफर बाजाराची भविष्यातील क्षमता
सेमीकंडक्टर उत्पादनाच्या तीन नियमांपैकी पहिला नियम असा आहे की, जेव्हा सर्वात कमी पैसा उपलब्ध असतो, तेव्हा सर्वात जास्त गुंतवणूक करावी लागते. हे या उद्योगाच्या चक्रीय स्वरूपामुळे आहे आणि सेमीकंडक्टर कंपन्यांना या नियमाचे पालन करणे कठीण जाते. आकृतीत दाखवल्याप्रमाणे, बहुतेक सिलिकॉन वेफर उत्पादकांनी या बदलाचा परिणाम ओळखला आहे आणि गेल्या काही तिमाहींमध्ये आपला एकूण तिमाही भांडवली खर्च जवळपास तिप्पट केला आहे. बाजारातील कठीण परिस्थिती असूनही, हीच परिस्थिती आहे. याहूनही अधिक मनोरंजक गोष्ट म्हणजे, हा ट्रेंड खूप काळापासून सुरू आहे. सिलिकॉन वेफर कंपन्या भाग्यवान आहेत किंवा त्यांना असे काहीतरी माहित आहे जे इतरांना माहित नाही. सेमीकंडक्टर पुरवठा साखळी ही एक टाईम मशीन आहे जी भविष्याचा वेध घेऊ शकते. तुमचे भविष्य हे दुसऱ्या कोणाचा तरी भूतकाळ असू शकते. आपल्याला नेहमीच उत्तरे मिळत नसली तरी, आपल्याला जवळजवळ नेहमीच अर्थपूर्ण प्रश्न मिळतात.
पोस्ट करण्याची वेळ: १७ जून २०२४