સપ્લાય ચેઇનની અંદર ઊંડાણમાં, કેટલાક જાદુગરો રેતીને સંપૂર્ણ હીરા-સંરચિત સિલિકોન ક્રિસ્ટલ ડિસ્કમાં ફેરવે છે, જે સમગ્ર સેમિકન્ડક્ટર સપ્લાય ચેઇન માટે જરૂરી છે. તેઓ સેમિકન્ડક્ટર સપ્લાય ચેઇનનો ભાગ છે જે "સિલિકોન રેતી" નું મૂલ્ય લગભગ હજાર ગણું વધારે છે. બીચ પર તમે જે ઝાંખું ચમક જુઓ છો તે સિલિકોન છે. સિલિકોન એક જટિલ ક્રિસ્ટલ છે જેમાં બરડપણું અને ઘન જેવી ધાતુ (ધાતુ અને બિન-ધાતુ ગુણધર્મો) છે. સિલિકોન દરેક જગ્યાએ છે.
સિલિકોન એ પૃથ્વી પર ઓક્સિજન પછી બીજો સૌથી સામાન્ય પદાર્થ છે, અને બ્રહ્માંડમાં સાતમો સૌથી સામાન્ય પદાર્થ છે. સિલિકોન એક સેમિકન્ડક્ટર છે, જેનો અર્થ છે કે તેમાં વાહક (જેમ કે તાંબુ) અને ઇન્સ્યુલેટર (જેમ કે કાચ) વચ્ચે વિદ્યુત ગુણધર્મો છે. સિલિકોન માળખામાં વિદેશી અણુઓની થોડી માત્રા તેના વર્તનને મૂળભૂત રીતે બદલી શકે છે, તેથી સેમિકન્ડક્ટર-ગ્રેડ સિલિકોનની શુદ્ધતા આશ્ચર્યજનક રીતે ઊંચી હોવી જોઈએ. ઇલેક્ટ્રોનિક-ગ્રેડ સિલિકોન માટે સ્વીકાર્ય લઘુત્તમ શુદ્ધતા 99.999999% છે.
આનો અર્થ એ થયો કે દર દસ અબજ પરમાણુઓ માટે ફક્ત એક જ બિન-સિલિકોન પરમાણુ માન્ય છે. સારું પીવાનું પાણી 40 મિલિયન બિન-પાણી પરમાણુઓને મંજૂરી આપે છે, જે સેમિકન્ડક્ટર-ગ્રેડ સિલિકોન કરતાં 50 મિલિયન ગણું ઓછું શુદ્ધ છે.
બ્લેન્ક સિલિકોન વેફર ઉત્પાદકોએ ઉચ્ચ-શુદ્ધતાવાળા સિલિકોનને સંપૂર્ણ સિંગલ-ક્રિસ્ટલ સ્ટ્રક્ચરમાં રૂપાંતરિત કરવું આવશ્યક છે. આ યોગ્ય તાપમાને સિંગલ મધર ક્રિસ્ટલને પીગળેલા સિલિકોનમાં દાખલ કરીને કરવામાં આવે છે. જેમ જેમ નવા પુત્રી સ્ફટિકો મધર ક્રિસ્ટલની આસપાસ વધવા લાગે છે, તેમ તેમ પીગળેલા સિલિકોનમાંથી સિલિકોન ઇન્ગોટ ધીમે ધીમે બને છે. આ પ્રક્રિયા ધીમી છે અને તેમાં એક અઠવાડિયા લાગી શકે છે. ફિનિશ્ડ સિલિકોન ઇન્ગોટનું વજન લગભગ 100 કિલોગ્રામ છે અને તે 3,000 થી વધુ વેફર્સ બનાવી શકે છે.
ખૂબ જ બારીક હીરાના વાયરનો ઉપયોગ કરીને વેફરને પાતળા ટુકડાઓમાં કાપવામાં આવે છે. સિલિકોન કટીંગ ટૂલ્સની ચોકસાઈ ખૂબ ઊંચી હોય છે, અને ઓપરેટરો પર સતત નજર રાખવી પડે છે, નહીં તો તેઓ તેમના વાળ સાથે મૂર્ખામીભર્યા કામો કરવા માટે ટૂલ્સનો ઉપયોગ કરવાનું શરૂ કરશે. સિલિકોન વેફરના ઉત્પાદનનો સંક્ષિપ્ત પરિચય ખૂબ જ સરળ બનાવવામાં આવ્યો છે અને પ્રતિભાશાળીઓના યોગદાનને સંપૂર્ણપણે શ્રેય આપતો નથી; પરંતુ તે સિલિકોન વેફર વ્યવસાયની ઊંડી સમજણ માટે પૃષ્ઠભૂમિ પ્રદાન કરશે તેવી આશા છે.
સિલિકોન વેફર્સનો પુરવઠો અને માંગનો સંબંધ
સિલિકોન વેફર માર્કેટમાં ચાર કંપનીઓનું વર્ચસ્વ છે. લાંબા સમયથી, બજારમાં માંગ અને પુરવઠા વચ્ચે નાજુક સંતુલન રહ્યું છે.
2023 માં સેમિકન્ડક્ટરના વેચાણમાં ઘટાડાને કારણે બજાર વધુ પડતું પુરવઠો ધરાવતું બન્યું છે, જેના કારણે ચિપ ઉત્પાદકોની આંતરિક અને બાહ્ય ઇન્વેન્ટરી ઊંચી છે. જો કે, આ ફક્ત એક કામચલાઉ પરિસ્થિતિ છે. જેમ જેમ બજાર સુધરશે, તેમ તેમ ઉદ્યોગ ટૂંક સમયમાં ક્ષમતાની ધાર પર પાછો ફરશે અને AI ક્રાંતિ દ્વારા લાવવામાં આવેલી વધારાની માંગને પૂર્ણ કરશે. પરંપરાગત CPU-આધારિત આર્કિટેક્ચરથી એક્સિલરેટેડ કમ્પ્યુટિંગમાં સંક્રમણની અસર સમગ્ર ઉદ્યોગ પર પડશે, કારણ કે જો કે, આની અસર સેમિકન્ડક્ટર ઉદ્યોગના ઓછા-મૂલ્યવાળા વિભાગો પર પડી શકે છે.
ગ્રાફિક્સ પ્રોસેસિંગ યુનિટ (GPU) આર્કિટેક્ચરને વધુ સિલિકોન વિસ્તારની જરૂર પડે છે
જેમ જેમ કામગીરીની માંગ વધે છે, તેમ તેમ GPU ઉત્પાદકોએ GPU માંથી ઉચ્ચ પ્રદર્શન પ્રાપ્ત કરવા માટે કેટલીક ડિઝાઇન મર્યાદાઓને દૂર કરવી પડશે. દેખીતી રીતે, ચિપને મોટી બનાવવી એ ઉચ્ચ પ્રદર્શન પ્રાપ્ત કરવાનો એક રસ્તો છે, કારણ કે ઇલેક્ટ્રોન વિવિધ ચિપ્સ વચ્ચે લાંબા અંતરની મુસાફરી કરવાનું પસંદ કરતા નથી, જે કામગીરીને મર્યાદિત કરે છે. જો કે, ચિપને મોટી બનાવવા માટે એક વ્યવહારુ મર્યાદા છે, જેને "રેટિના મર્યાદા" તરીકે ઓળખવામાં આવે છે.
લિથોગ્રાફી મર્યાદા એ ચિપના મહત્તમ કદનો ઉલ્લેખ કરે છે જે સેમિકન્ડક્ટર ઉત્પાદનમાં ઉપયોગમાં લેવાતા લિથોગ્રાફી મશીનમાં એક જ પગલામાં ખુલ્લી પડી શકે છે. આ મર્યાદા લિથોગ્રાફી સાધનોના મહત્તમ ચુંબકીય ક્ષેત્ર કદ દ્વારા નક્કી કરવામાં આવે છે, ખાસ કરીને લિથોગ્રાફી પ્રક્રિયામાં ઉપયોગમાં લેવાતા સ્ટેપર અથવા સ્કેનર. નવીનતમ ટેકનોલોજી માટે, માસ્ક મર્યાદા સામાન્ય રીતે 858 ચોરસ મિલીમીટરની આસપાસ હોય છે. આ કદ મર્યાદા ખૂબ જ મહત્વપૂર્ણ છે કારણ કે તે એક જ એક્સપોઝરમાં વેફર પર પેટર્ન કરી શકાય તેટલો મહત્તમ વિસ્તાર નક્કી કરે છે. જો વેફર આ મર્યાદા કરતા મોટો હોય, તો વેફરને સંપૂર્ણપણે પેટર્ન કરવા માટે બહુવિધ એક્સપોઝરની જરૂર પડશે, જે જટિલતા અને ગોઠવણી પડકારોને કારણે મોટા પાયે ઉત્પાદન માટે અવ્યવહારુ છે. નવું GB200 બે ચિપ સબસ્ટ્રેટને સિલિકોન ઇન્ટરલેયરમાં કણ કદ મર્યાદાઓ સાથે જોડીને આ મર્યાદાને દૂર કરશે, જે સુપર-પાર્ટિકલ-લિમિટેડ સબસ્ટ્રેટ બનાવશે જે બમણું મોટું છે. અન્ય કામગીરી મર્યાદાઓ મેમરીની માત્રા અને તે મેમરીનું અંતર (એટલે કે મેમરી બેન્ડવિડ્થ) છે. નવા GPU આર્કિટેક્ચર્સ સ્ટેક્ડ હાઇ-બેન્ડવિડ્થ મેમરી (HBM) નો ઉપયોગ કરીને આ સમસ્યાને દૂર કરે છે જે બે GPU ચિપ્સ સાથે સમાન સિલિકોન ઇન્ટરપોઝર પર ઇન્સ્ટોલ કરેલ છે. સિલિકોનના દ્રષ્ટિકોણથી, HBM ની સમસ્યા એ છે કે ઉચ્ચ બેન્ડવિડ્થ માટે જરૂરી ઉચ્ચ-સમાંતર ઇન્ટરફેસને કારણે સિલિકોન ક્ષેત્રનો દરેક બીટ પરંપરાગત DRAM કરતા બમણો છે. HBM દરેક સ્ટેકમાં લોજિક કંટ્રોલ ચિપને પણ એકીકૃત કરે છે, જે સિલિકોન ક્ષેત્રને વધારે છે. એક રફ ગણતરી દર્શાવે છે કે 2.5D GPU આર્કિટેક્ચરમાં વપરાતો સિલિકોન ક્ષેત્ર પરંપરાગત 2.0D આર્કિટેક્ચર કરતા 2.5 થી 3 ગણો છે. જેમ અગાઉ ઉલ્લેખ કર્યો છે, જ્યાં સુધી ફાઉન્ડ્રી કંપનીઓ આ પરિવર્તન માટે તૈયાર ન થાય, ત્યાં સુધી સિલિકોન વેફર ક્ષમતા ફરીથી ખૂબ જ ચુસ્ત બની શકે છે.
સિલિકોન વેફર બજારની ભાવિ ક્ષમતા
સેમિકન્ડક્ટર મેન્યુફેક્ચરિંગના ત્રણ નિયમોમાંથી પહેલો નિયમ એ છે કે જ્યારે ઓછામાં ઓછા પૈસા ઉપલબ્ધ હોય ત્યારે સૌથી વધુ પૈસાનું રોકાણ કરવાની જરૂર પડે છે. આ ઉદ્યોગના ચક્રીય સ્વભાવને કારણે છે, અને સેમિકન્ડક્ટર કંપનીઓને આ નિયમનું પાલન કરવામાં મુશ્કેલી પડે છે. આકૃતિમાં બતાવ્યા પ્રમાણે, મોટાભાગના સિલિકોન વેફર ઉત્પાદકોએ આ પરિવર્તનની અસરને ઓળખી છે અને છેલ્લા કેટલાક ક્વાર્ટરમાં તેમના કુલ ત્રિમાસિક મૂડી ખર્ચમાં લગભગ ત્રણ ગણો વધારો કર્યો છે. મુશ્કેલ બજાર પરિસ્થિતિઓ હોવા છતાં, આ હજુ પણ છે. વધુ રસપ્રદ વાત એ છે કે આ વલણ લાંબા સમયથી ચાલી રહ્યું છે. સિલિકોન વેફર કંપનીઓ ભાગ્યશાળી છે અથવા કંઈક એવું જાણે છે જે અન્ય લોકો જાણતા નથી. સેમિકન્ડક્ટર સપ્લાય ચેઇન એક ટાઇમ મશીન છે જે ભવિષ્યની આગાહી કરી શકે છે. તમારું ભવિષ્ય કોઈ બીજાનો ભૂતકાળ હોઈ શકે છે. જ્યારે આપણને હંમેશા જવાબો મળતા નથી, ત્યારે આપણને લગભગ હંમેશા યોગ્ય પ્રશ્નો મળે છે.
પોસ્ટ સમય: જૂન-૧૭-૨૦૨૪