अमृतांशु नेरुरकर,‘चिप’-उद्योगात कार्यरत असलेले तज्ज्ञ.
लॉजिक चिप, मेमरी चिप, किंवा सेन्सर चिप, रेडिओ फ्रीक्वेन्सी चिप हे सगळे सेमीकंडक्टर चिपचेच निरनिराळे प्रकार, पण त्यांना नेमून दिलेली कामं निरनिराळी, त्यांसाठी लागणारं तंत्रज्ञान आणि गुंतवणूक यांमध्ये सरळच एक उतरण दिसते आणि त्या बनवणाऱ्या कंपन्याही त्यामुळे निरनिराळय़ा..
इंटिग्रेटेड सर्किट (आयसी) अर्थात चिपचा शोध १९५८ सालच्या जुलै महिन्यात जॅक किल्बीनं लावल्यापासून ते अगदी आजपर्यंत अशा गेल्या ६५ वर्षांमध्ये चिप तंत्रज्ञानात अनेक मूलभूत स्वरूपाचे बदल झाले असले आणि चिपचा आकार लहान होऊन त्याची गणनक्षमता भूमितीश्रेणीनं वाढलेली असली, तरीही आजही सेमीकंडक्टर चिपची ढोबळमानानं केवळ तीन प्रकारांत विभागणी करता येईल : (१) संगणक, सव्‍‌र्हर, स्मार्टफोन आणि तत्सम सर्व प्रकारच्या डिजिटल उपकरणांचा कणा असलेली ‘लॉजिक’ चिप, (२) विदा (डेटा) साठवणुकीसाठी वापरली जाणारी ‘मेमरी’ चिप, आणि (३) या दोन कामांव्यतिरिक्त इतर सर्व प्रकारच्या संकीर्ण उपयोजनांसाठी वापरल्या जाणाऱ्या चिप्स.
या तीन प्रकारांपैकी लॉजिक चिपची निर्मिती ही अत्यंत गुंतागुंतीची, आव्हानात्मक व खर्चीक आहे. या चिपच्या उत्पादन क्षेत्रावर अगदी थोडय़ा कंपन्यांची मक्तेदारी आहे; त्यामुळे साहजिकच या कंपन्यांना (विशेष करून अत्याधुनिक चिप उत्पादन तंत्रज्ञानाचा वापर करणाऱ्या कंपन्या) मिळणाऱ्या नफ्याचा परतावाही अधिक आहे.
सेमीकंडक्टर उत्पादन क्षेत्रात वापरल्या जाणाऱ्या नावीन्यपूर्ण तंत्रज्ञानाला व त्यानुसार निर्मिल्या जाणाऱ्या चिपच्या संरचनेला ‘टेक्नॉलॉजी नोड’ असं संबोधतात. प्रत्येक नोड हा सामान्यपणे नॅनोमीटरमध्ये (एक नॅनोमीटर म्हणजे एक मीटर लांबीला १०० कोटीनं भागल्यानंतर येणारं परिमाण) मोजला जातो. आता नॅनोमीटरसारख्या अतिसूक्ष्म एककामध्ये नक्की काय मोजलं जातं? एका चिपमध्ये अर्थातच काहीशे कोटी ट्रान्झिस्टर्स असतात. एका ट्रान्झिस्टर स्विचची रुंदी किती नॅनोमीटर आहे त्यानुसार त्या चिप तंत्रज्ञानाचं नाव ठरतं.
उदाहरणार्थ, 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 तेवढय़ाच आकाराच्या एका ४५ नॅनोमीटर चिपमध्ये साधारण चारपट जास्त ट्रान्झिस्टर्स मावू शकतात. त्यामुळे चिपची गणनक्षमता कैक पटींनी वाढते. आजचं अत्याधुनिक सेमीकंडक्टर तंत्रज्ञान हे ७ ते १० नॅनोमीटरच्या ‘टेक्नॉलॉजी नोड’वर कार्यरत आहे, तर येत्या एखाददोन वर्षांत ते १.८ ते ३ नॅनोमीटपर्यंत झेपावू शकेल.
जगभरात आजघडीला प्रामुख्यानं लॉजिक चिपचं उत्पादन करणाऱ्या केवळ सहा कंपन्या आहेत, ज्यांचा एकूण बाजारहिस्सा ९० टक्क्यांपेक्षा अधिक आहे – तैवानस्थित ‘टीएसएमसी’ आणि ‘यूएमसी’, दक्षिण कोरियाची ‘सॅमसंग’, चीनची ‘एसएमआयसी’ तसंच अमेरिकेच्या ‘इंटेल’ आणि ‘ग्लोबल फाउंडरीज’! यापैकी केवळ टीएसएमसी, सॅमसंग आणि इंटेल या तीनच कंपन्यांकडे अत्याधुनिक टेक्नॉलॉजी नोडवर (७ नॅनोमीटर किंवा त्याहून कमी) चिप निर्मिती करण्यासाठी लागणारं तंत्रज्ञान आहे, तर केवळ सॅमसंग आणि इंटेल या दोनच कंपन्या चिपनिर्मिती सोबत चिपची संरचना (डिझाइन) तयार करण्याचंही काम करू शकतात.
यावरूनच चिपनिर्मिती क्षेत्रात हाताच्या बोटांवर मोजता येतील एवढय़ाच कंपन्यांची मक्तेदारी आणि आपापसातील स्पर्धा किती तीव्र आहे याची कल्पना येऊ शकते. या क्षेत्रातील एकेकाळच्या बलाढय़ कंपन्या (मोटोरोला, नॅशनल सेमीकंडक्टर्स वगैरे) काळानुरूप तंत्रज्ञानात प्रगती न करू शकल्यानं एकतर अस्तंगत झाल्या, चिपनिर्मिती क्षेत्रातून बाहेर तरी पडल्या किंवा वरीलपैकी चिपनिर्मिती कंपन्यांनी त्यांचं अधिग्रहण केलं.
चिपनिर्मिती क्षेत्र हे मोजक्या कंपन्यांच्या हाती एकवटलेलं असण्यामागे चिप उत्पादनासाठी लागणारं प्रचंड भांडवल हे प्रमुख कारण आहे. अत्याधुनिक लॉजिक चिप निर्मितीसाठी जर सर्व उपकरणांसकट नवा कारखाना (ज्याला ‘फॅब’ असं संबोधतात) उभारायचा असेल तर त्यासाठी सहज २०००० कोटी अमेरिकी डॉलर (जवळपास १६ लाख कोटी रुपये!!) एवढा खर्च येतो. इतकं भांडवल स्वबळावर उभं करणं एखादी इंटेल वगळता दुसऱ्या कंपन्यांच्या आवाक्याबाहेरचं काम आहे. याच कारणासाठी ७ नॅनोमीटरची चिप बनविण्याच्या स्पर्धेतून ग्लोबल फाउंडरीज २०१८ सालीच बाहेर पडली. तैवान, चीन, दक्षिण कोरिया, जपान या पूर्व आशियाई देशांतील कंपन्यांना त्यांच्या सरकारतर्फे सेमीकंडक्टर उद्योगासाठी प्रचंड प्रमाणात मिळणाऱ्या अनुदानाचा सुरुवातीच्या काळात पुष्कळ उपयोग झाला. चिप उद्योगाचं भू-राजकीय विश्लेषण करताना आपण याची अधिक विस्तारानं चर्चा करूच.
चिपचा दुसरा प्रकार – ‘मेमरी चिप’चे – दोन उपप्रकार आहेत : (१) संगणक किंवा तत्सम डिजिटल उपकरणाच्या परिचालनासाठी लागणारी विदा फक्त थोडय़ा काळापुरती साठवणारी ‘डीरॅम’ ( ऊफअट – डायनॅमिक रँडम अ‍ॅक्सेस मेमरी) चिप, आणि (२) विदेच्या दीर्घकालीन साठवणुकीसाठी उपयोगात येणारी ‘नॅण्ड’ (ठअठऊ) चिप!
लॉजिक चिपप्रमाणेच मेमरी चिपउद्योगदेखील अगदी मोजक्या चिपनिर्मिती करणाऱ्या कंपन्यांहाती एकवटला आहे. १९८०/ ९०च्या दशकात या क्षेत्रावर जपानी कंपन्यांची मजबूत पकड होती; आज मात्र दक्षिण कोरियाची मक्तेदारी आहे असं म्हणणं अतिशयोक्ती ठरणार नाही. दक्षिण कोरियाच्या सॅमसंग व एसके हायनिक्स या दोन कंपन्यांचं डीरॅम मेमरी चिप उद्योगावर अधिराज्य आहे. या दोन कंपन्या वगळता अमेरिकेची मायक्रॉन ही या क्षेत्रातील एकमेव दखलपात्र कंपनी आहे. मायक्रॉननंच २०२३ साली आपल्या पंतप्रधानांच्या अमेरिका दौऱ्यानंतर गुजरातेत मेमरी चिपच्या जुळवणी व चाचणी प्रक्रिया (असेम्ब्ली व टेिस्टग) करण्यासाठीचा कारखाना उभारण्याची घोषणा केली होती हे वाचकांना स्मरत असेल.
नॅण्ड मेमरी चिपनिर्मितीत वरील तीन कंपन्यांबरोबर (मायक्रॉन, सॅमसंग व एसके हायनिक्स) जपानची किऑक्सिया आणि अमेरिकेची वेस्टर्न डिजिटल कार्यरत आहेत. मेमरी चिपनिर्मितीचे ९९ टक्के कारखाने हे पूर्व आशियाई देशांत (दक्षिण कोरिया, जपान, चीन, तैवान वगैरे) आहेत. मायक्रॉन अमेरिकी असली तरीही तिचे चिपनिर्मितीचे सर्व कारखाने जपान, सिंगापूर, व तैवानमध्ये आहेत. यावरून मेमरी चिपउद्योगावर पूर्व आशियाचा प्रभाव ठळकपणे दिसून येईल.
खरं तर आज मेमरी चिप ही एक ‘कमॉडिटी’ झाली आहे, ज्यावर नफ्याचा परतावाही लॉजिक चिपपेक्षा बराच कमी आहे. त्यामुळे या उद्योगात नाविन्यपूर्ण चिप तंत्रज्ञानापेक्षाही उत्पादनाच्या प्रक्रियेत निरंतर सुधारणा करणं, उत्पादन खर्च कमीतकमी ठेवणं, उत्पादनाची गुणवत्ता टिकवून ठेवतानाच उत्पादनाची संख्याही वाढवणं यावर लक्ष देणं अधिक महत्त्वाचं ठरतं. अर्थात, लॉजिक चिपइतकं नसलं तरी मेमरी चिपनिर्मितीसाठीही मोठय़ा प्रमाणात भांडवल लागतंच. म्हणूनच आज इंटेल मेमरी चिप उद्योगातून जवळपास बाहेर पडली आहे तर तैवानच्या कंपन्यांना लॉजिक चिपनिर्मितीप्रमाणे या क्षेत्रात तितकंसं यश अजूनही प्राप्त करता आलं नाही.
तिसऱ्या प्रकारच्या ‘संकीर्ण’ चिपची निर्मिती आणि वापर हा थोडय़ा विखुरलेल्या स्वरूपात आहे. सर्व प्रकारच्या अ‍ॅनॅलॉग चिप (उदा. दृक्-श्राव्य संदेशांचं डिजिटल संदेशात रूपांतर करणारी ‘सेन्सर’ चिप), कोणत्याही मोबाइल फोनमध्ये एकमेकांशी संभाषण करण्यासाठी आणि त्यासाठी सेल्युलर नेटवर्कशी संधान साधण्यासाठी वापरात येणारी ‘रेडिओ फ्रिक्वेन्सी’ चिप अशी अनेक उदाहरणं देता येतील. या प्रकारच्या चिपची निर्मितीप्रक्रिया वरील दोन प्रकारांपेक्षा निश्चित वेगळी आहे.
एक तर या चिपचं मुख्य काम गणनक्रिया हे नसल्यामुळे त्यांना अत्याधुनिक टेक्नॉलॉजी नोडवर काम करण्याची आवश्यकता नसते. आजही बहुसंख्य अ‍ॅनॅलॉग चिपची निर्मिती २० – २५ र्वष जुन्या टेक्नॉलॉजी नोडवरच (१८० नॅनोमीटर किंवा अधिक) केली जात आहे. म्हणूनच या प्रकारच्या चिपनिर्मितीसाठी लागणारे भांडवलही मर्यादित आहे. अ‍ॅनॅलॉग चिपनिर्मितीचा खर्च लॉजिक किंवा मेमरी चिपच्या एक पंचमांशापेक्षाही कमी असतो. साहजिकच या चिपच्या किमतीही लॉजिक किंवा मेमरी चिपच्या तुलनेत पुष्कळ पटीनं कमी असतात. कोणत्याही डिजिटल उपकरणाच्या किंमतीत सर्वाधिक वाटा हा लॉजिक चिपचाच असतो. त्यानंतर मेमरी चिप व सर्वात शेवटी इतर सर्व संकीर्ण चिप अशी उतरण असते.
या संकीर्ण चिपनिर्मितीचा उद्योगही अमेरिका, युरोप व पूर्व आशिया (विशेषत: जपान) असा अनेक देशांत विखुरलेला आहे. इंटिग्रेटेड सर्किटचं उगमस्थान असलेली टेक्सास इन्स्ट्रुमेंट्स (टीआय) ही अ‍ॅनॅलॉग चिप, सेन्सर, रेडिओ फ्रिक्वेन्सी चिप, लष्करी साधनसामग्रीत वापरल्या जाणाऱ्या विविध चिप्स बनवणारी जगातील क्रमांक एकची कंपनी. त्यानंतर मग स्कायवर्क्‍स, ऑनसेमी, अ‍ॅनॅलॉग डिव्हायसेस अशा अनेक कंपन्या या व्यवसायात आहेत.
चिपच्या तीन मुख्य प्रकारांचा आढावा आपण आज घेतला. पुढल्या लेखात चिपनिर्मिती प्रक्रियेबद्दल व त्यांचे उत्पादन करणाऱ्या कारखान्यांबद्दल विस्तारानं जाणून घेऊया.
