रेत हमारे दैनिक जीवन में महत्वपूर्ण भूमिका निभाती है। कच्चे रूप में उपयोग किया जाने वाला यह घर बनाने के लिए मूल सामग्री है। रेत को थोड़ा और शुद्ध करें तो यह सेमीकंडक्टर उद्योग का आधार बन जाता है।

भारत वर्तमान में अर्धचालकों के साथ अपने अवसरों के प्रति जागरूक हो रहा है: अंतर्निहित प्रौद्योगिकियों तक पहुंच हमारे देश का एक दीर्घकालिक सपना है। इस मोर्चे पर सफलता भारत को प्रौद्योगिकी तक पहुंच के साथ-साथ हजारों उच्च कुशल नौकरियां प्रदान करने वाले एक छोटे, विशिष्ट समूह में शामिल कर देगी।

हालाँकि, एक बड़े झटके में, फॉक्सकॉन प्रौद्योगिकी समूह ने हाल ही में गुजरात में सेमीकंडक्टर विनिर्माण संयंत्र स्थापित करने के लिए वेदांता लिमिटेड से संपर्क किया। इसने संयुक्त उद्यम से अपना समर्थन भी वापस ले लिया। भारत सरकार ने भी इस क्षेत्र को बढ़ावा देने के लिए प्रोत्साहनों की शुरुआत की है, लेकिन केवल समय ही बताएगा कि वे फल देंगे या नहीं।

प्रारंभ में, योजना 40-एनएम नोड के लिए एक विनिर्माण इकाई स्थापित करने की थी। फॉक्सकॉन के हटने के बाद, वेदांता ने कहा कि उसने एक अन्य बड़ी कंपनी से प्रासंगिक तकनीकें हासिल कर ली हैं। यह 28-एनएम, 63-एनएम और 90-एनएम नोड्स के लिए तकनीक प्राप्त करने की प्रक्रिया में भी है।

परिणामस्वरूप, “सेमीकंडक्टर नोड” शब्द शहर में चर्चा का विषय बन गया है। इसका सही अर्थ में तात्पर्य क्या है?

सेमीकंडक्टर चिप क्या है?

इसके मूल में, एक सेमीकंडक्टर चिप ट्रांजिस्टर से बनी होती है, जो विशेष रूप से चयनित सामग्री, आमतौर पर सिलिकॉन से सावधानीपूर्वक निर्मित होती है। ट्रांजिस्टर का एक मुख्य कार्य 0s और 1s के रूप में जानकारी को एन्कोड करना और नई जानकारी उत्पन्न करने के लिए उनमें हेरफेर करना है।

इस ट्रांजिस्टर के तीन भाग हैं: स्रोत, गेट और नाली (या सिंक)।

स्रोत और नाली बिंदुओं के बीच धारा का प्रवाह गेट पर लागू वोल्टेज द्वारा नियंत्रित किया जाता है। इस व्यवस्था ने कंप्यूटिंग में ‘गेट’ के विशिष्ट अर्थ को जन्म दिया – एक भौतिक गेट के अनुरूप, लेकिन यांत्रिक रूप से बजाय विद्युत रूप से संचालित।

गेट को ‘खुलने’ या ‘बंद करने’ के लिए हेरफेर करके, ट्रांजिस्टर एक सेमीकंडक्टर चिप पर डेटा को संग्रहीत और हेरफेर करता है। अर्धचालक बिट्स के रूप में जानकारी संग्रहीत करते हैं। प्रत्येक बिट एक तार्किक स्थिति है जिसमें एक समय में दो मान (वोल्टेज स्तर द्वारा दर्शाए गए) हो सकते हैं। एक अर्धचालक जितने अधिक बिट्स संग्रहीत कर सकता है और जितनी तेज़ी से उनमें हेरफेर कर सकता है, उतना अधिक डेटा एक ट्रांजिस्टर संसाधित कर सकता है।

ट्रांजिस्टर के तीन भाग उनके ऊपर कई धातु परतों से जुड़े होते हैं जो वोल्टेज लागू करते हैं, जिससे ट्रांजिस्टर के लिए विद्युत कनेक्शन का एक जटिल वेब बनता है। धातु की परतें ट्रांजिस्टर तक चयनात्मक पहुंच की अनुमति देती हैं और चिप को कई कार्य करने के लिए आवश्यक बहुमुखी प्रतिभा प्रदान करती हैं।

नोड्स की संख्या का क्या मतलब है?

पूरे इतिहास में, सेमीकंडक्टर नोड नाम दो संख्याओं पर आधारित रहे हैं: गेट की लंबाई और गेट से जुड़ी आसन्न धातु पट्टियों के बीच की दूरी; उत्तरार्द्ध, जब केंद्र से केंद्र तक मापा जाता है, पिच कहलाता है। ये स्तर अक्सर बराबर होते थे। उदाहरण के लिए, 500-एनएम नोड में गेट की लंबाई और 500 एनएम की धातु की आधी पिच होती है। यह नामकरण परंपरा 1960 के दशक में 50,000 एनएम (50 माइक्रोन) नोड्स से लेकर 1990 के दशक के 350-एनएम नोड्स तक ट्रांजिस्टर के आविष्कार के साथ शुरू हुई।

पिछले कुछ वर्षों में ट्रांजिस्टर का आकार उत्तरोत्तर सिकुड़ता गया है। सेमीकंडक्टर चिप पर जितना छोटा ट्रांजिस्टर फिट हो सकता है, चिप उतना ही अधिक डेटा संग्रहीत कर सकती है, उसकी कंप्यूटिंग शक्ति उतनी ही अधिक होगी। पैमाने के एक विचार के लिए: 1970 के दशक की शुरुआत में, एक चिप पर प्रति वर्ग मिलीमीटर ट्रांजिस्टर का घनत्व लगभग 200 था – जबकि एक iPhone में एक चिप में प्रति वर्ग मिलीमीटर लगभग 100 मिलियन ट्रांजिस्टर होते हैं। शोधकर्ताओं और इंजीनियरों ने पिछली आधी सदी में अविश्वसनीय प्रगति की है।

फिर भी जैसे-जैसे ट्रांजिस्टर छोटे होते जा रहे हैं, शोधकर्ताओं ने गेट की लंबाई और धातु की पिच के बीच एक विसंगति पाई है, इस तथ्य के आधार पर कि छोटे ट्रांजिस्टर आमतौर पर तेजी से काम करते हैं, जिससे धातु के तारों का आकार कम हो जाता है, जिससे कई तरह की समस्याएं पैदा होती हैं, जिनमें डेटा को तेजी से परिवहन करने में सक्षम नहीं होना भी शामिल है।

1997 में, 250-एनएम सेमीकंडक्टर नोड बाजार में आया – और नामकरण परंपराओं को तोड़ दिया। इसकी धात्विक आधी-पिच ने नाम में योगदान दिया, लेकिन इसके गेट की लंबाई, जिसे घटाकर 200 एनएम कर दिया गया था, ने नहीं किया। तब से, जैसे-जैसे लघुकरण जारी रहता है, आधी-पिच और गेट की लंबाई दोनों नोड नाम में योगदान देना बंद कर देते हैं।

उदाहरण के लिए, 130-एनएम नोड में, अर्ध-पिच 150 एनएम मापी गई जबकि गेट की लंबाई 65 एनएम मापी गई। आज के अत्याधुनिक 7nm नोड्स में वास्तव में 7nm के करीब आने वाले भौतिक पैरामीटर नहीं हैं क्योंकि 7 एनएम के आसपास की सुविधाओं को मौजूदा तकनीक के साथ विश्वसनीय रूप से बनाना असंभव है।

तकनीकी दृष्टिकोण से, वास्तविक भौतिक आयामों की तुलना में नोड नामों का कोई महत्व नहीं है। इसके बजाय, विपणक उनका उपयोग यह अर्थ निकालने के लिए करते हैं कि कोई नोड पिछले पुनरावृत्ति से बेहतर है।

दरअसल, अलग-अलग कंपनियां अलग-अलग चीजों के लिए नाम में “एनएम” का इस्तेमाल कर रही हैं। इंटेल के 10-एनएम नोड और ग्लोबल फाउंड्री के 7-एनएम नोड में समान गेट लंबाई (लगभग 54 एनएम), धातु पिच (लगभग 40 एनएम), और कार्य कुशलता है। किसी विशेष कंपनी के नोड नंबर से प्राप्त एकमात्र जानकारी यह है कि यह अपने पूर्ववर्ती की तुलना में एक सुधार है।

क्या भारत को लीगेसी नोड्स की आवश्यकता है?

जीवन में हमारी पसंद की तरह, नोड्स की पसंद में समझौता शामिल है। जबकि उन्नत नोड्स 10 एनएम से 5 एनएम तक होते हैं, भारत का वर्तमान फोकस लगभग 28 एनएम या उससे अधिक है। हालाँकि, इसका मतलब यह नहीं है कि हम पुराने चिप्स विकसित करने की कोशिश कर रहे हैं। एक विरासत नोड से शुरुआत करने से हमें दीर्घकालिक सफलता के लिए तैयार होने सहित कई लाभ मिल सकते हैं।

जबकि सबसे उन्नत नोड्स का उपयोग स्मार्टफोन और लैपटॉप जैसे उपकरणों में किया जाता है, कई अनुप्रयोगों के लिए विरासत नोड्स की आवश्यकता होती है, जिनमें रोबोटिक्स, रक्षा, एयरोस्पेस, उद्योग स्वचालन उपकरण, ऑटोमोबाइल, इंटरनेट ऑफ थिंग्स और छवि सेंसर शामिल हैं – क्योंकि वे अधिक लागत प्रभावी हैं।

किसी भी निर्माण सुविधा या ‘फैब’ के लिए आय का मुख्य स्रोत उसका सबसे उन्नत नोड है। लेकिन लगभग हर व्यावसायिक फैब उपरोक्त क्षेत्रों में मांग को पूरा करने के लिए विरासत नोड्स का उत्पादन बनाए रखता है। उदाहरण के लिए, 2022 में ताइवान सेमीकंडक्टर का आधा राजस्व 5 और 7 एनएम से था। अन्य आधा हिस्सा 16-250-एनएम नोड से था। अकेले 40एनएम से राजस्व 8% था।

वास्तव में, जैसे-जैसे इलेक्ट्रिक वाहनों की मांग – म्यूजिक प्लेयर जैसी कारों में पूरक इलेक्ट्रॉनिक्स की बढ़ती मांग के साथ-साथ बढ़ेगी, वैसे-वैसे लीगेसी नोड्स की मांग भी बढ़ेगी। मैकिन्से की अक्टूबर 2022 की रिपोर्ट के अनुसार, “उपयोगकर्ता अनुभव और इंफोटेनमेंट” सेगमेंट में ऑटोमोबाइल में सेमीकंडक्टर तकनीक का मूल्य 2019 में 11 बिलियन डॉलर से बढ़कर 2030 में 30 बिलियन डॉलर हो सकता है।

इन तथ्यों को देखते हुए, भारत सरकार और निजी खिलाड़ियों को समय के साथ अपने खेल को बढ़ाते हुए, विरासत नोड्स के साथ अपनी सेमीकंडक्टर यात्रा शुरू करने में समझदारी है। कौन जानता है – शायद एक दिन भारत दुनिया का सेमीकंडक्टर हब होगा।

अवनीश CERN में सीनियर फेलो हैं और उन्होंने बेल्जियम में सेमीकंडक्टर फाउंड्री, IMEC में एक संबद्ध प्रयोगशाला में काम किया है।