انڈسٹری نیوز: جی پی یو نے سلیکون ویفرز کی مانگ کو بڑھا دیا۔

سیلیکون آکسیجن کے بعد زمین پر دوسرا سب سے زیادہ عام مواد ہے، اور کائنات میں ساتواں سب سے زیادہ عام مواد ہے۔سلیکون ایک سیمی کنڈکٹر ہے، یعنی اس میں کنڈکٹرز (جیسے کاپر) اور انسولیٹر (جیسے شیشہ) کے درمیان برقی خصوصیات ہیں۔سلیکون کے ڈھانچے میں غیر ملکی ایٹموں کی ایک چھوٹی سی مقدار بنیادی طور پر اس کے رویے کو تبدیل کر سکتی ہے، اس لیے سیمی کنڈکٹر گریڈ سلکان کی پاکیزگی حیران کن حد تک زیادہ ہونی چاہیے۔الیکٹرانک گریڈ سلکان کے لیے قابل قبول کم از کم طہارت 99.999999% ہے۔

اس کا مطلب ہے کہ ہر دس ارب ایٹموں کے لیے صرف ایک غیر سلکان ایٹم کی اجازت ہے۔پینے کا اچھا پانی 40 ملین غیر پانی کے مالیکیولز کی اجازت دیتا ہے، جو سیمی کنڈکٹر گریڈ سلکان سے 50 ملین گنا کم خالص ہے۔

خالی سلکان ویفر مینوفیکچررز کو اعلی پاکیزگی والے سلکان کو کامل سنگل کرسٹل ڈھانچے میں تبدیل کرنا ہوگا۔یہ مناسب درجہ حرارت پر پگھلے ہوئے سلکان میں سنگل مدر کرسٹل کو متعارف کروا کر کیا جاتا ہے۔جیسے ہی ماں کے کرسٹل کے گرد نئی بیٹی کے کرسٹل بڑھنے لگتے ہیں، پگھلے ہوئے سلیکون سے سلیکون پنڈ آہستہ آہستہ بنتا ہے۔یہ عمل سست ہے اور اس میں ایک ہفتہ لگ سکتا ہے۔تیار شدہ سلیکون پنڈ کا وزن تقریباً 100 کلوگرام ہے اور یہ 3,000 سے زیادہ ویفرز بنا سکتا ہے۔

بہت باریک ڈائمنڈ تار کا استعمال کرتے ہوئے ویفرز کو باریک ٹکڑوں میں کاٹا جاتا ہے۔سلیکون کاٹنے والے ٹولز کی درستگی بہت زیادہ ہے، اور آپریٹرز کی مسلسل نگرانی کی جانی چاہیے، ورنہ وہ اپنے بالوں کو بیوقوف بنانے کے لیے ٹولز کا استعمال شروع کر دیں گے۔سلیکون ویفرز کی تیاری کا مختصر تعارف بہت آسان ہے اور یہ باصلاحیت افراد کی شراکت کو مکمل طور پر کریڈٹ نہیں کرتا ہے۔لیکن امید کی جاتی ہے کہ یہ سلیکون ویفر کے کاروبار کی گہرائی سے سمجھنے کے لیے ایک پس منظر فراہم کرے گا۔

سلیکون ویفرز کی طلب اور رسد کا رشتہ

سلیکون ویفر مارکیٹ پر چار کمپنیوں کا غلبہ ہے۔ایک طویل عرصے سے، مارکیٹ طلب اور رسد کے درمیان ایک نازک توازن میں ہے۔
2023 میں سیمی کنڈکٹر کی فروخت میں کمی نے مارکیٹ کو ضرورت سے زیادہ سپلائی کی حالت میں ڈال دیا ہے، جس کی وجہ سے چپ مینوفیکچررز کی اندرونی اور بیرونی انوینٹریز زیادہ ہیں۔تاہم، یہ صرف ایک عارضی صورت حال ہے۔جیسے جیسے مارکیٹ بحال ہوتی ہے، صنعت جلد ہی صلاحیت کے کنارے پر واپس آجائے گی اور اسے AI انقلاب کی وجہ سے اضافی مانگ کو پورا کرنا ہوگا۔روایتی سی پی یو پر مبنی فن تعمیر سے تیز رفتار کمپیوٹنگ میں منتقلی کا اثر پوری صنعت پر پڑے گا، تاہم، اس کا اثر سیمی کنڈکٹر انڈسٹری کے کم قیمت والے حصوں پر پڑ سکتا ہے۔

گرافکس پروسیسنگ یونٹ (GPU) کے فن تعمیر میں زیادہ سلکان ایریا کی ضرورت ہوتی ہے۔

جیسا کہ کارکردگی کی مانگ میں اضافہ ہوتا ہے، GPU مینوفیکچررز کو GPUs سے اعلیٰ کارکردگی حاصل کرنے کے لیے ڈیزائن کی کچھ حدود پر قابو پانا چاہیے۔ظاہر ہے، چپ کو بڑا بنانا اعلیٰ کارکردگی حاصل کرنے کا ایک طریقہ ہے، کیونکہ الیکٹران مختلف چپس کے درمیان طویل فاصلہ طے کرنا پسند نہیں کرتے، جو کارکردگی کو محدود کرتا ہے۔تاہم، چپ کو بڑا بنانے کی ایک عملی حد ہے، جسے "ریٹنا کی حد" کہا جاتا ہے۔

لتھوگرافی کی حد سے مراد ایک چپ کا زیادہ سے زیادہ سائز ہے جسے سیمی کنڈکٹر مینوفیکچرنگ میں استعمال ہونے والی لتھوگرافی مشین میں ایک ہی قدم میں ظاہر کیا جا سکتا ہے۔اس حد کا تعین لتھوگرافی کے آلات کے زیادہ سے زیادہ مقناطیسی فیلڈ کے سائز سے ہوتا ہے، خاص طور پر لیتھوگرافی کے عمل میں استعمال ہونے والے سٹیپر یا سکینر۔جدید ترین ٹیکنالوجی کے لیے، ماسک کی حد عام طور پر 858 مربع ملی میٹر کے لگ بھگ ہوتی ہے۔یہ سائز کی حد بہت اہم ہے کیونکہ یہ زیادہ سے زیادہ علاقے کا تعین کرتی ہے جسے ایک ہی نمائش میں ویفر پر پیٹرن کیا جا سکتا ہے۔اگر ویفر اس حد سے بڑا ہے تو، ویفر کو مکمل طور پر پیٹرن کرنے کے لیے متعدد نمائشوں کی ضرورت ہوگی، جو کہ پیچیدگی اور صف بندی کے چیلنجوں کی وجہ سے بڑے پیمانے پر پیداوار کے لیے ناقابل عمل ہے۔نیا GB200 دو چپ سبسٹریٹس کو پارٹیکل سائز کی حدود کے ساتھ ایک سلکان انٹرلیئر میں ملا کر اس حد کو عبور کرے گا، ایک سپر پارٹیکل لمیٹڈ سبسٹریٹ بنائے گا جو دو گنا بڑا ہے۔کارکردگی کی دیگر حدود میموری کی مقدار اور اس میموری کا فاصلہ (یعنی میموری بینڈوتھ) ہیں۔نئے GPU آرکیٹیکچرز اسٹیکڈ ہائی بینڈ وڈتھ میموری (HBM) کا استعمال کرکے اس مسئلے پر قابو پاتے ہیں جو ایک ہی سلکان انٹرپوزر پر دو GPU چپس کے ساتھ نصب ہے۔سلیکون کے نقطہ نظر سے، HBM کے ساتھ مسئلہ یہ ہے کہ اعلی بینڈوتھ کے لیے درکار اعلی متوازی انٹرفیس کی وجہ سے ہر ایک سلیکون ایریا روایتی DRAM سے دوگنا ہے۔HBM ہر اسٹیک میں ایک لاجک کنٹرول چپ کو بھی ضم کرتا ہے، جس سے سلیکون ایریا میں اضافہ ہوتا ہے۔ایک موٹے حساب سے پتہ چلتا ہے کہ 2.5D GPU فن تعمیر میں استعمال ہونے والا سلیکون علاقہ روایتی 2.0D فن تعمیر سے 2.5 سے 3 گنا زیادہ ہے۔جیسا کہ پہلے ذکر کیا گیا ہے، جب تک فاؤنڈری کمپنیاں اس تبدیلی کے لیے تیار نہیں ہوتیں، سلکان ویفر کی صلاحیت دوبارہ بہت تنگ ہو سکتی ہے۔

سلکان ویفر مارکیٹ کی مستقبل کی صلاحیت

سیمی کنڈکٹر مینوفیکچرنگ کے تین قوانین میں سے پہلا یہ ہے کہ جب کم سے کم رقم دستیاب ہو تو سب سے زیادہ رقم لگانے کی ضرورت ہے۔یہ صنعت کی سائیکلیکل نوعیت کی وجہ سے ہے، اور سیمی کنڈکٹر کمپنیوں کو اس اصول پر عمل کرنے میں مشکل پیش آتی ہے۔جیسا کہ اعداد و شمار میں دکھایا گیا ہے، زیادہ تر سلیکون ویفر مینوفیکچررز نے اس تبدیلی کے اثرات کو تسلیم کیا ہے اور گزشتہ چند سہ ماہیوں میں اپنے کل سہ ماہی سرمائے کے اخراجات کو تقریباً تین گنا بڑھا دیا ہے۔مشکل مارکیٹ کے حالات کے باوجود، یہ اب بھی ہے.اس سے بھی زیادہ دلچسپ بات یہ ہے کہ یہ رجحان کافی عرصے سے جاری ہے۔سلیکون ویفر کمپنیاں خوش قسمت ہیں یا کچھ ایسی جانتی ہیں جو دوسروں کو نہیں ہوتی ہیں۔سیمی کنڈکٹر سپلائی چین ایک ٹائم مشین ہے جو مستقبل کی پیشین گوئی کر سکتی ہے۔آپ کا مستقبل کسی اور کا ماضی ہوسکتا ہے۔اگرچہ ہمیں ہمیشہ جوابات نہیں ملتے ہیں، لیکن ہمیں تقریباً ہمیشہ ہی قابل قدر سوالات ملتے ہیں۔