पहिल्या औद्योगिक क्रांतीमध्ये जीवाश्म इंधनाची भूमिका मोठी असल्याचं आज सर्वांना माहीत आहे. त्याचप्रमाणे चौथ्या औद्योगिक क्रांतीमध्ये सेमीकंडक्टरचे मोठे योगदान राहणार आहे. गेल्या काही वर्षांत जगाने तंत्रज्ञानात झपाट्याने प्रगती केली आहे. सेमीकंडक्टरने आपल्या तंत्रज्ञानाच्या विकासात मोठी भूमिका बजावली आहे. त्यामुळे भविष्यात जागतिक स्तरावर ताकद वाढवण्यासाठी भारताला आधी सेमीकंडक्टर क्षेत्रात प्रभुत्व मिळवावे लागेल. टाटा कंपनी ही तैवानच्या पॉवरचिप सेमीकंडक्टर मॅन्युफॅक्चरिंग कॉर्परेशन (PSMC) या कंपनीबरोबर मिळून गुजरातमध्ये देशातील पहिला सेमीकंडक्टर फॅब्रिकेशन प्लांट उभारणार आहे. गुजरातच्या धोलेरा गावात हा पहिला प्लांट उभारण्यात येणार आहे. टाटा आणि पॉवरचिपची २०२६ पर्यंत भारतात २८ नॅनोमीटर चिप तयार करण्याची योजना आहे. गुजरात आणि आसाममधील दोन चिप तयार करणाऱ्या प्लांटना मोदी सरकारने अलीकडेच मान्यता दिली आहे. भारताला पुन्हा जागतिक ताकद वाढवण्यासाठी सेमीकंडक्टर महत्त्वाची भूमिका बजावणार आहे. भारताने या क्षेत्रात ताकद वाढवल्यास जगातील कोणतीही शक्ती त्याला पुढे जाण्यापासून रोखू शकत नाही. खरं तर आतापर्यंत आपण अर्धसंवाहकांसाठी आयातीवर अवलंबून आहोत. त्यामुळेच सेमीकंडक्टर चिप म्हणजे काय आणि भारताला पुन्हा जागतिक ताकद करण्यात ते कसे महत्त्वपूर्ण योगदान देईन हे जाणून घेऊ यात.
सेमीकंडक्टर चिप म्हणजे काय?
सेमीकंडक्टर ही एक विशेष प्रकारची संरचना असून, ती विद्युत प्रवाह नियंत्रित करण्याचे काम करतात. ते सिलिकॉनपासून तयार केलेले असून, त्यात काही विशेष प्रकारचे डोपिंग जोडलेले असतात, ज्यामुळे कंडक्टरचे गुणधर्म बदलता येतात. हे त्याचे इच्छित गुणधर्म विकसित करते आणि या संरचनेचा वापर करून इलेक्ट्रिकल सर्किट चिप तयार केल्या जातात. सेमीकंडक्टर उत्पादन क्षेत्रात वापरल्या जाणाऱ्या नावीन्यपूर्ण तंत्रज्ञानाला आणि त्यानुसार निर्मिल्या जाणाऱ्या चिपच्या संरचनेला ‘टेक्नॉलॉजी नोड’ असं संबोधतात. प्रत्येक नोड हा सामान्यपणे नॅनोमीटरमध्ये (एक नॅनोमीटर म्हणजे एक मीटर लांबीला १०० कोटीनं भागल्यानंतर येणारं भाग) मोजला जातो. ही चिप अनेक हायटेक उपकरणांमध्ये बसवली जाते. डेटा प्रोसेसिंगसुद्धा सेमीकंडक्टर चिपद्वारे केला जातो. या कारणास्तव याला इलेक्ट्रॉनिक उपकरणाचा मेंदूदेखील म्हणतात. आज ते कारपासून इलेक्ट्रॉनिक उपकरणांपर्यंत सर्व गोष्टींमध्ये वापरले जात आहे. आज आपण माहितीच्या युगात जगत असलो तरी चौथी औद्योगिक क्रांती सुरू झाली आहे.
हेही वाचाः विश्लेषण : ८ एप्रिलचे सूर्यग्रहण वैशिष्ट्यपूर्ण का ठरते? खग्रास सूर्यग्रहण दुर्मीळ का असते?
ट्रान्झिस्टर म्हणजे काय?
ट्रान्झिस्टर हे एक अर्धसंवाहक उपकरण आहे, ज्याचा वापर कोणत्याही इलेक्ट्रॉनिक सिग्नलला वापरण्यासाठी किंवा स्विच करण्यासाठी केला जातो. हे सेमीकंडक्टर अर्धसंवाहक वापरून तयार केले जाते. त्यात मुख्यतः सिलिकॉन आणि जर्मेनियमचा वापर केला जातो. खरं तर हे अत्यंत महत्त्वाचे उपकरण आहे. ते इलेक्ट्रॉनिक स्विच म्हणूनही कार्य करू शकते. तुमच्या मोबाईल फोनद्वारे प्राप्त झालेल्या कमकुवत सिग्नलला वाढवण्याचेही ते कार्य करू शकते. तसेच ते वायरलेस कम्युनिकेशन तंत्रज्ञानामध्येही वापरले जाते. तुमच्या मोबाईलमध्ये असलेली वायफाय चिपसुद्धा सेमीकंडक्टर चिप असते. ट्रान्झिस्टरने अर्धसंवाहकाच्या तुकड्यांपासून एक उपकरण तयार केले जाऊ शकते.
फॅब्रिकेशन तंत्रज्ञान काय असते?
सहा दशकांपूर्वी सेमीकंडक्टर चिपची संकल्पना प्रथमच तयार झाल्यापासून तंत्रज्ञानाने चांगलीच गती पकडली आहे. नवीन उत्पादन तंत्रज्ञान नियमितपणे सादर केले गेले आहे. सेमीकंडक्टरच्या सूक्ष्मीकरणाची पातळीही वाढली आहे. उद्योगाने प्रत्येक नवीन उत्पादन तंत्रज्ञानाची ओळख करून देण्यासाठी ४५, २८ आणि १६ नॅनोमीटरसारखी संज्ञा वापरली आहे. विसाव्या शतकाच्या अखेरीस सेमीकंडक्टर तंत्रज्ञान १८० नॅनोमीटरवर स्थिरावलं होतं. त्यानंतरच्या वर्षांत १३०, ९०, ६५, ४५ नॅनोमीटर अशा प्रकारे ट्रान्झिस्टरची रुंदी कमी होत गेली. साहजिकच १८० नॅनोमीटरच्या तुलनेत तेवढ्याच आकाराच्या एका ४५ नॅनोमीटर चिपमध्ये साधारण चारपट जास्त ट्रान्झिस्टर्स मावू शकतात. त्यामुळे चिपची गणनक्षमता कैकपटींनी वाढते. आजचं अत्याधुनिक सेमीकंडक्टर तंत्रज्ञान हे ७ ते १० नॅनोमीटरच्या ‘टेक्नॉलॉजी नोड’वर कार्यरत आहे, तर येत्या एखाद-दोन वर्षांत ते १.८ ते ३ नॅनोमीटरपर्यंत झेपावू शकेल.
वेफर म्हणून काय ओळखले जाते?
सेमीकंडक्टर चिप टपाल तिकिटाइतकी असते. कागदाच्या तुकड्यावर स्टॅम्पची एक शीट छापली जाते आणि नंतर प्रत्येक स्वतंत्र मुद्रांकासारखेच त्याचे वेगवेगळे तुकडे केले जातात. त्याचप्रमाणे सेमीकंडक्टरच्या गोलाकार तुकड्यावर (उद्योगाच्या भाषेत वेफर असे म्हणतात) चिप्सचा एक ॲरे छापला जातो. मोठ्या वेफर आकारामुळे एकाच वेफरवर अधिक चिप्स छापता येतात, ज्यामुळे चिप उत्पादन जलद आणि स्वस्त होते. उद्योगात वापरल्या जाणाऱ्या वेफरच्या आकारात सातत्याने वाढ होत आहे. मोठ्या आकाराच्या वेफरकडे जाताना तांत्रिक आव्हाने आहेत. एकदा वेफर चिपमध्ये बारीक करून बसवल्यावर प्रत्येक चिपला संरक्षक आवरण द्यावे लागते. लहान तारांना डिव्हाइसवरून एकमेकांशी जोडावे लागते. यापैकी काही तारांमुळे वीजपुरवठा होतो, तर इतर सिग्नल आणि डेटामध्ये फीड करण्यासाठी आणि वाचण्यासाठी वापरल्या जातात. चिपची चाचणी देखील करावी लागते.
भारताची सेमीकंडक्टर इकोसिस्टम कशी आहे?
१९९० च्या दशकापासून भारतामध्ये चिप डिझाईन उद्योगाची भरभराट होत आहे. संगणकाच्या वाढत्या टेक्नोलॉजीमुळे सेमीकंडक्टर चिप पूर्णपणे सॉफ्टवेअरमध्ये डिझाइन करणे शक्य झाले आहे. चिपची कार्यक्षमता वाढवण्याबरोबरच इलेक्ट्रॉनिक सर्किट्समध्ये भाषांतर करणे, सर्किट्सचे प्रमाणीकरण करणे, वेग, वीज वापर आणि आकारासाठी अनुकूल करणे ही प्रक्रिया कुशल अभियंत्यांच्या टीमद्वारे केली जाऊ शकते.
संशोधन, डिझायनिंग आणि उत्पादनाकडे लक्ष द्यावे लागणार
सेमीकंडक्टर क्षेत्रात स्वावलंबी आणि निर्यातीचे केंद्र बनण्यासाठी सरकारला या क्षेत्रात मोठ्या प्रमाणावर गुंतवणूक करावी लागेल. देशातील सेमीकंडक्टर्सचे संशोधन, डिझायनिंग आणि उत्पादन याबाबत सरकारला अनेक उपक्रम राबवावे लागतील. ज्या देशांनी सेमीकंडक्टर क्षेत्रात प्रभुत्व मिळवले आहे, त्यांच्याशी जागतिक राजकीय पातळीवर चांगले संबंध निर्माण करावे लागतील. सेमीकंडक्टर संशोधन, डिझायनिंग आणि उत्पादन याबद्दल त्यांच्याकडून आपल्याला संयुक्तपणे शिकायचे आहे. आज भारत सरकार सेमीकंडक्टरच्या क्षेत्रात अनेक धोरणात्मक उपाययोजना करत आहे. भविष्यात जर आपण सेमीकंडक्टर क्षेत्रात प्रभुत्व मिळवले तर जगातील कोणतीही शक्ती आपल्याला पुढे जाण्यापासून रोखू शकत नाही. भारताबद्दल बोलायचे झाल्यास आज आपला देश सेमीकंडक्टरच्या क्षेत्रात आयातीवर अवलंबून आहे. भारत तैवान, चीन, दक्षिण कोरिया आणि जपानमधून मोठ्या प्रमाणावर सेमीकंडक्टर आयात करतो. जर सेमीकंडक्टरच्या जागतिक पुरवठा साखळीबद्दल बोलायचे झाल्यास त्यात एकट्या तैवानचा वाटा ६३ टक्के आहे. तैवानची TSMS ही जगातील सर्वात मोठी सेमीकंडक्टर उत्पादन करणारी कंपनी आहे. तसेच येत्या काही दिवसांत डेटा, आर्टिफिशियल इंटेलिजन्स आणि क्वांटम कॉम्प्युटिंग या क्षेत्रात भारताला प्रावीण्य मिळवेल, असे बोलले जात आहे. येणारे संपूर्ण शतक त्यांचेच असणार आहे. त्यामुळे जगातील अनेक देश या क्षेत्रात मोठी गुंतवणूक करीत आहेत.
सेमीकंडक्टर चिप म्हणजे काय?
सेमीकंडक्टर ही एक विशेष प्रकारची संरचना असून, ती विद्युत प्रवाह नियंत्रित करण्याचे काम करतात. ते सिलिकॉनपासून तयार केलेले असून, त्यात काही विशेष प्रकारचे डोपिंग जोडलेले असतात, ज्यामुळे कंडक्टरचे गुणधर्म बदलता येतात. हे त्याचे इच्छित गुणधर्म विकसित करते आणि या संरचनेचा वापर करून इलेक्ट्रिकल सर्किट चिप तयार केल्या जातात. सेमीकंडक्टर उत्पादन क्षेत्रात वापरल्या जाणाऱ्या नावीन्यपूर्ण तंत्रज्ञानाला आणि त्यानुसार निर्मिल्या जाणाऱ्या चिपच्या संरचनेला ‘टेक्नॉलॉजी नोड’ असं संबोधतात. प्रत्येक नोड हा सामान्यपणे नॅनोमीटरमध्ये (एक नॅनोमीटर म्हणजे एक मीटर लांबीला १०० कोटीनं भागल्यानंतर येणारं भाग) मोजला जातो. ही चिप अनेक हायटेक उपकरणांमध्ये बसवली जाते. डेटा प्रोसेसिंगसुद्धा सेमीकंडक्टर चिपद्वारे केला जातो. या कारणास्तव याला इलेक्ट्रॉनिक उपकरणाचा मेंदूदेखील म्हणतात. आज ते कारपासून इलेक्ट्रॉनिक उपकरणांपर्यंत सर्व गोष्टींमध्ये वापरले जात आहे. आज आपण माहितीच्या युगात जगत असलो तरी चौथी औद्योगिक क्रांती सुरू झाली आहे.
हेही वाचाः विश्लेषण : ८ एप्रिलचे सूर्यग्रहण वैशिष्ट्यपूर्ण का ठरते? खग्रास सूर्यग्रहण दुर्मीळ का असते?
ट्रान्झिस्टर म्हणजे काय?
ट्रान्झिस्टर हे एक अर्धसंवाहक उपकरण आहे, ज्याचा वापर कोणत्याही इलेक्ट्रॉनिक सिग्नलला वापरण्यासाठी किंवा स्विच करण्यासाठी केला जातो. हे सेमीकंडक्टर अर्धसंवाहक वापरून तयार केले जाते. त्यात मुख्यतः सिलिकॉन आणि जर्मेनियमचा वापर केला जातो. खरं तर हे अत्यंत महत्त्वाचे उपकरण आहे. ते इलेक्ट्रॉनिक स्विच म्हणूनही कार्य करू शकते. तुमच्या मोबाईल फोनद्वारे प्राप्त झालेल्या कमकुवत सिग्नलला वाढवण्याचेही ते कार्य करू शकते. तसेच ते वायरलेस कम्युनिकेशन तंत्रज्ञानामध्येही वापरले जाते. तुमच्या मोबाईलमध्ये असलेली वायफाय चिपसुद्धा सेमीकंडक्टर चिप असते. ट्रान्झिस्टरने अर्धसंवाहकाच्या तुकड्यांपासून एक उपकरण तयार केले जाऊ शकते.
फॅब्रिकेशन तंत्रज्ञान काय असते?
सहा दशकांपूर्वी सेमीकंडक्टर चिपची संकल्पना प्रथमच तयार झाल्यापासून तंत्रज्ञानाने चांगलीच गती पकडली आहे. नवीन उत्पादन तंत्रज्ञान नियमितपणे सादर केले गेले आहे. सेमीकंडक्टरच्या सूक्ष्मीकरणाची पातळीही वाढली आहे. उद्योगाने प्रत्येक नवीन उत्पादन तंत्रज्ञानाची ओळख करून देण्यासाठी ४५, २८ आणि १६ नॅनोमीटरसारखी संज्ञा वापरली आहे. विसाव्या शतकाच्या अखेरीस सेमीकंडक्टर तंत्रज्ञान १८० नॅनोमीटरवर स्थिरावलं होतं. त्यानंतरच्या वर्षांत १३०, ९०, ६५, ४५ नॅनोमीटर अशा प्रकारे ट्रान्झिस्टरची रुंदी कमी होत गेली. साहजिकच १८० नॅनोमीटरच्या तुलनेत तेवढ्याच आकाराच्या एका ४५ नॅनोमीटर चिपमध्ये साधारण चारपट जास्त ट्रान्झिस्टर्स मावू शकतात. त्यामुळे चिपची गणनक्षमता कैकपटींनी वाढते. आजचं अत्याधुनिक सेमीकंडक्टर तंत्रज्ञान हे ७ ते १० नॅनोमीटरच्या ‘टेक्नॉलॉजी नोड’वर कार्यरत आहे, तर येत्या एखाद-दोन वर्षांत ते १.८ ते ३ नॅनोमीटरपर्यंत झेपावू शकेल.
वेफर म्हणून काय ओळखले जाते?
सेमीकंडक्टर चिप टपाल तिकिटाइतकी असते. कागदाच्या तुकड्यावर स्टॅम्पची एक शीट छापली जाते आणि नंतर प्रत्येक स्वतंत्र मुद्रांकासारखेच त्याचे वेगवेगळे तुकडे केले जातात. त्याचप्रमाणे सेमीकंडक्टरच्या गोलाकार तुकड्यावर (उद्योगाच्या भाषेत वेफर असे म्हणतात) चिप्सचा एक ॲरे छापला जातो. मोठ्या वेफर आकारामुळे एकाच वेफरवर अधिक चिप्स छापता येतात, ज्यामुळे चिप उत्पादन जलद आणि स्वस्त होते. उद्योगात वापरल्या जाणाऱ्या वेफरच्या आकारात सातत्याने वाढ होत आहे. मोठ्या आकाराच्या वेफरकडे जाताना तांत्रिक आव्हाने आहेत. एकदा वेफर चिपमध्ये बारीक करून बसवल्यावर प्रत्येक चिपला संरक्षक आवरण द्यावे लागते. लहान तारांना डिव्हाइसवरून एकमेकांशी जोडावे लागते. यापैकी काही तारांमुळे वीजपुरवठा होतो, तर इतर सिग्नल आणि डेटामध्ये फीड करण्यासाठी आणि वाचण्यासाठी वापरल्या जातात. चिपची चाचणी देखील करावी लागते.
भारताची सेमीकंडक्टर इकोसिस्टम कशी आहे?
१९९० च्या दशकापासून भारतामध्ये चिप डिझाईन उद्योगाची भरभराट होत आहे. संगणकाच्या वाढत्या टेक्नोलॉजीमुळे सेमीकंडक्टर चिप पूर्णपणे सॉफ्टवेअरमध्ये डिझाइन करणे शक्य झाले आहे. चिपची कार्यक्षमता वाढवण्याबरोबरच इलेक्ट्रॉनिक सर्किट्समध्ये भाषांतर करणे, सर्किट्सचे प्रमाणीकरण करणे, वेग, वीज वापर आणि आकारासाठी अनुकूल करणे ही प्रक्रिया कुशल अभियंत्यांच्या टीमद्वारे केली जाऊ शकते.
संशोधन, डिझायनिंग आणि उत्पादनाकडे लक्ष द्यावे लागणार
सेमीकंडक्टर क्षेत्रात स्वावलंबी आणि निर्यातीचे केंद्र बनण्यासाठी सरकारला या क्षेत्रात मोठ्या प्रमाणावर गुंतवणूक करावी लागेल. देशातील सेमीकंडक्टर्सचे संशोधन, डिझायनिंग आणि उत्पादन याबाबत सरकारला अनेक उपक्रम राबवावे लागतील. ज्या देशांनी सेमीकंडक्टर क्षेत्रात प्रभुत्व मिळवले आहे, त्यांच्याशी जागतिक राजकीय पातळीवर चांगले संबंध निर्माण करावे लागतील. सेमीकंडक्टर संशोधन, डिझायनिंग आणि उत्पादन याबद्दल त्यांच्याकडून आपल्याला संयुक्तपणे शिकायचे आहे. आज भारत सरकार सेमीकंडक्टरच्या क्षेत्रात अनेक धोरणात्मक उपाययोजना करत आहे. भविष्यात जर आपण सेमीकंडक्टर क्षेत्रात प्रभुत्व मिळवले तर जगातील कोणतीही शक्ती आपल्याला पुढे जाण्यापासून रोखू शकत नाही. भारताबद्दल बोलायचे झाल्यास आज आपला देश सेमीकंडक्टरच्या क्षेत्रात आयातीवर अवलंबून आहे. भारत तैवान, चीन, दक्षिण कोरिया आणि जपानमधून मोठ्या प्रमाणावर सेमीकंडक्टर आयात करतो. जर सेमीकंडक्टरच्या जागतिक पुरवठा साखळीबद्दल बोलायचे झाल्यास त्यात एकट्या तैवानचा वाटा ६३ टक्के आहे. तैवानची TSMS ही जगातील सर्वात मोठी सेमीकंडक्टर उत्पादन करणारी कंपनी आहे. तसेच येत्या काही दिवसांत डेटा, आर्टिफिशियल इंटेलिजन्स आणि क्वांटम कॉम्प्युटिंग या क्षेत्रात भारताला प्रावीण्य मिळवेल, असे बोलले जात आहे. येणारे संपूर्ण शतक त्यांचेच असणार आहे. त्यामुळे जगातील अनेक देश या क्षेत्रात मोठी गुंतवणूक करीत आहेत.
