हे युग सेमीकंडक्टरचे…

आजचे आपले दैनंदिन जीवन मोबाईल फोन, संगणक, इलेक्ट्रिक स्कूटर, ऑनलाइन बँकिंग यांसारख्या तंत्रज्ञानाने पूर्णपणे वेढलेले आहे. या तांत्रिक साधनसामग्री, उपकरणे आणि डिजिटल सेवांपासून स्वतःला वेगळे करणे आज जवळजवळ अशक्य झाले आहे. याशिवाय अलीकडच्या काळात डेटा सेंटर्स आणि कृत्रिम बुद्धिमत्ता यांसारख्या नव्या तंत्रज्ञानाचीही झपाट्याने भर पडत आहे. या पार्श्वभूमीवर एक महत्त्वाचा प्रश्न स्वाभाविकपणे निर्माण होतो तो म्हणजे, आपल्या आधुनिक जीवनाला दिशा देणाऱ्या आणि त्याचे संचालन करणाऱ्या या सर्व तंत्रज्ञानाचा पाया नेमका काय आहे? याचे उत्तर आहे सेमीकंडक्टर चिप्स. आजच्या काळातील जवळपास सर्व आधुनिक उपकरणे आणि तंत्रज्ञान सेमीकंडक्टर-आधारित चिप्सवर अवलंबून आहेत. मनोरंजनासाठी वापरल्या जाणाऱ्या मोबाईल फोनपासून ते राष्ट्रीय सुरक्षेसाठी वापरल्या जाणाऱ्या मार्गदर्शित क्षेपणास्त्रांपर्यंत सर्वत्र चिप्सचा वापर होताना दिसतो. उदाहरणार्थ, अमेरिकेच्या अर्थव्यवस्थेत सेमीकंडक्टर तंत्रज्ञानाचा सुमारे १२% इतका वाटा असल्याचे मानले जाते. कृत्रिम बुद्धिमत्ता क्षेत्रातील अग्रगण्य कंपनी NVIDIA ची बाजारमूल्य सुमारे ४.४ ट्रिलियन डॉलर इतकी आहे, जी जवळपास संपूर्ण India च्या एकूण GDP इतकी आहे. याशिवाय, गेल्या वर्षी China ने सुमारे ३८५ अब्ज डॉलर किमतीचे सेमीकंडक्टर चिप्स आणि संबंधित तंत्रज्ञान आयात केले, जे त्याच वर्षी तेल खरेदीवर खर्च केलेल्या ३२५ अब्ज डॉलर पेक्षाही जास्त होते. या सर्व उदाहरणांवरून हे स्पष्ट होते की सेमीकंडक्टर तंत्रज्ञानाचे महत्त्व अत्यंत मोठे आहे. त्यामुळे सेमीकंडक्टर किंवा चिप्स नेमक्या काय आहेत? त्यांची सध्याची स्थिती काय आहे? आणि त्या आपल्या वर्तमान तसेच भविष्यातील जगावर कसा प्रभाव टाकणार आहेत? हे समजून घेणे अत्यंत आवश्यक ठरते.

सेमीकंडक्टर चिप्स

सोप्या भाषेत सांगायचे झाल्यास, सेमीकंडक्टर हे धातू आणि अधातू यांच्या मधल्या गुणधर्मांचे पदार्थ असतात. सामान्य परिस्थितीत ते इन्सुलेटरप्रमाणे वागतात; परंतु जर त्यांना त्यांच्या बँडगॅपपेक्षा जास्त ऊर्जा असलेला विद्युतप्रवाह दिला, तर ते धातूप्रमाणे वागू लागतात. सेमीकंडक्टरचा हा मूलभूत गुणधर्म त्यांना स्विचसारखे वापरण्यास अत्यंत उपयुक्त ठरतो. आजच्या सेमीकंडक्टर तंत्रज्ञानाचा पाया मुख्यतः Silicon (Si) या मूलद्रव्यावर आधारित आहे. विद्युतप्रवाह नियंत्रित करणारे Transistor हे एक प्रकारचे स्विचसदृश उपकरण असते. हे ट्रान्झिस्टर विद्युतप्रवाहाचा प्रवाह नियंत्रित करतात. सिलिकॉनच्या पृष्ठभागावर अशा असंख्य सूक्ष्म स्विचेस म्हणजे ट्रान्झिस्टर अत्यंत सूक्ष्म आकारात तयार केले जातात आणि त्यांना गुंतागुंतीच्या पण तर्कसंगत रचनेत एकमेकांशी जोडले जाते, जेणेकरून ठराविक संगणकीय कार्ये करता येतील. या संपूर्ण संरचनेला आपण चिप असे म्हणतो. उदाहरणार्थ, मायक्रोप्रोसेसर किंवा मोबाइल फोनमध्ये वापरल्या जाणाऱ्या केवळ १ चौरस सेंटीमीटर क्षेत्रफळाच्या चिपमध्ये सुमारे १० ते ११ अब्ज ट्रान्झिस्टर कोरलेले असतात. इतक्या मोठ्या संख्येने असलेल्या या सूक्ष्म स्विचेसच्या मदतीने आधुनिक संगणक आणि डिजिटल उपकरणे अत्यंत वेगाने कार्य करू शकतात.

 

चिप्सचे जग…

चिप्सचे जग साधारणपणे तीन भागांमध्ये विभागलेले असते. पहिला प्रकार म्हणजे लॉजिक चिप्स. या मायक्रोप्रोसेसरचा अविभाज्य भाग असतात. त्या विविध सूचना प्रक्रिया करणे आणि अंकगणितीय (Arithmetic) कामे करणे हे कार्य करतात. आपल्या मोबाईल फोन आणि संगणक यांचे कार्य या चिप्सवरच चालते. दुसरा प्रकार म्हणजे DRAM चिप्स. या चिप्स लॉजिक चिप्सना अल्पकालीन (Short-term) मेमरी प्रदान करतात, जी त्यांच्या कार्यासाठी अत्यंत आवश्यक असते. तिसरा प्रकार म्हणजे NAND किंवा फ्लॅश मेमरी. या चिप्स दीर्घकालीन (Long-term) माहिती साठवण्यासाठी वापरल्या जातात. या तिसऱ्या गटामध्ये विविध प्रकारचे सेन्सर्सही समाविष्ट असतात. हे सेन्सर्स ध्वनी किंवा दृश्य संकेत संगणकाच्या द्विआधारी संख्या प्रणालीत (binary number system) रूपांतरित करतात किंवा चिपमधील वेगवेगळ्या घटकांना किती विद्युत प्रवाह आवश्यक आहे याचे नियंत्रण करतात.

यांच्यामधील मुख्य फरक चिपवर आवश्यक असलेल्या ट्रान्झिस्टरच्या संख्येमध्ये असतो. लॉजिक आणि DRAM चिप्स या मुख्य प्रोसेसरचा अविभाज्य भाग असतात. त्यामुळे जलद आणि उत्कृष्ट कार्यक्षमतेसाठी एका चिपवर अधिकाधिक स्विचेस (ट्रान्झिस्टर) असणे फायदेशीर ठरते. सध्या एका नोडचा (उदा. ट्रान्झिस्टरचा) आकार सुमारे 3-5 नॅनोमीटरपर्यंत कमी करण्यात आला आहे. याच्या उलट, NAND चिप्समध्ये नोडचा आकार इतका कमी करण्याची गरज नसते. या चिप्स साधारणपणे 50–150 नॅनोमीटर आकाराच्या नोड्ससह तयार केल्या जातात. NAND चिप्समध्ये उच्च कार्यक्षमतेसाठी ट्रान्झिस्टरच्या संख्येपेक्षा डिझाइन अधिक महत्त्वाचे असते.

      सेमीकंडक्टर चिप क्रांतीची सुरुवात १९५० च्या दशकाच्या उत्तरार्धात अमेरिकेत झाली. मात्र उत्पादन खर्च कमी करण्यासाठी आणि प्रक्रिया अधिक सोपी करण्यासाठी चिप उत्पादन तसेच ATP (Assembly, Testing and Packaging) या प्रक्रिया पूर्व आणि आग्नेय आशियातील देशांकडे स्थलांतरित करण्यात आल्या. काळाच्या ओघात या देशांनी अनेक वर्षांच्या अनुभव, तांत्रिक कौशल्य, प्रशिक्षित मनुष्यबळ आणि सातत्यपूर्ण गुंतवणुकीच्या जोरावर प्रगत सेमीकंडक्टर उत्पादन व्यवस्था, अत्याधुनिक यंत्रसामग्री, फाउंड्रीज आणि ATP प्रकल्पांची भक्कम पायाभरणी उभी केली. त्यामुळे आज जागतिक सेमीकंडक्टर उद्योगात या प्रदेशाचे स्थान अत्यंत महत्त्वाचे झाले आहे.

     या प्रक्रियेचा परिणाम असा झाला की ही अत्याधुनिक तंत्रज्ञान काही मोजक्या देशांपुरतीच केंद्रित झाली. सध्या दक्षिण कोरियातील samsung आणि SK Hynix या दोन कंपन्या मिळून जगातील सुमारे 67% DRAM चिप्सचे उत्पादन करतात. तिसरी मोठी कंपनी म्हणजे अमेरिकेची Micron, मात्र तिचे बहुतांश उत्पादन प्रकल्प जपान, तैवान आणि मलेशिया येथे स्थित आहेत. NAND तंत्रज्ञानाचा विकास जपानमधील Kioxia या कंपनीने १९८० च्या दशकाच्या उत्तरार्धात केला. आज प्रगत 3D NAND चिप्सच्या बाजारपेठेतही samsung, SK Hynix आणि Micron या तीन कंपन्यांचा जवळपास 70% हिस्सा आहे. यावरून स्पष्ट होते की DRAM आणि NAND चिप्सचे उत्पादन प्रामुख्याने अव्वल तीन कंपन्या आणि केवळ ३–४ देशांपुरतेच मर्यादित आहे. ही आकडेवारी दर्शवते की आधुनिक काळातील सर्वात महत्त्वाची तंत्रज्ञान व्यवस्था जगातील अत्यंत मर्यादित भौगोलिक क्षेत्रात आणि काही मोजक्या कंपन्यांच्या नियंत्रणाखाली केंद्रित झाली आहे.

लॉजिक चिप्सच्या बाबतीतही असेच केंद्रीकरण दिसून येते. या चिप्सचा विकास १९८० च्या दशकाच्या उत्तरार्धात Intel या अमेरिकन कंपनीने केला. आजही अमेरिकेतील प्रमुख कंपन्यांपैकी Intel हीच अशी कंपनी आहे जिने लॉजिक चिप्स तयार करण्यासाठीची स्वतःची उत्पादन सुविधा मोठ्या प्रमाणावर टिकवून ठेवली आहे. याउलट Apple, Nvidia, AMD आणि Qualcomm यांसारख्या अनेक मोठ्या कंपन्या आपल्या लॉजिक चिप्सचे डिझाइन स्वतः करतात; मात्र त्यांचे प्रत्यक्ष उत्पादन प्रामुख्याने एका कंपनीकडेच केले जाते—ती म्हणजे तैवानमधील Taiwan Semiconductor Manufacturing Company (TSMC). सामान्य लोकांसाठी आश्चर्याची बाब म्हणजे जगातील सुमारे ९०% अत्याधुनिक प्रोसेसर चिप्स या एकाच कंपनीत आणि या एका देशात तयार केल्या जातात. तुमचा नवीन iPhone, क्लाऊड डेटा सेंटर्समध्ये वापरले जाणारे प्रोसेसर, तसेच ए-आय चिप्स यापैकी बहुतेकांचे उत्पादन TSMC मध्येच केलेले असते. म्हणजेच, मायक्रोप्रोसेसर उत्पादनाचा अत्यंत महत्त्वाचा उद्योग प्रत्यक्षात जगातील एका कंपनीमध्येच मोठ्या प्रमाणावर केंद्रित झाला आहे. २०२० मध्ये जेव्हा चीनकडून तैवानला धोका निर्माण झाला, तेव्हा अमेरिकेची USS Mustin ही विनाशिका (destroyer)तैवान सामुद्रधुनीत दाखल झाली. या पावलामागे तैवानचे अत्याधुनिक चिप उत्पादनातील धोरणात्मक महत्त्व हे एक प्रमुख कारण मानले जाते.

     सेमीकंडक्टर तंत्रज्ञानामध्ये आणखी दोन महत्त्वाचे अडथळे आहेत ते म्हणजे, चिप डिझाइन सॉफ्टवेअर आणि लिथोग्राफी यंत्रे. सिलिकॉनच्या चकतीवर अब्जावधी ट्रान्झिस्टर अत्यंत सूक्ष्म आणि गुंतागुंतीच्या पद्धतीने कोरून त्यांना परस्पर जोडायचे असल्यास, सर्वप्रथम त्याची अचूक रचना आणि आर्किटेक्चर तयार करणे आवश्यक असते. तसेच हे डिझाइन योग्य प्रकारे कार्य करते की नाही याचीही तपासणी करावी लागते. हे संपूर्ण काम EDA (Electronic Design Automation) या सॉफ्टवेअरच्या मदतीने केले जाते. या क्षेत्रातील नियंत्रण प्रामुख्याने अमेरिकेतील Synopsys, Cadence आणि Mentor या तीन प्रमुख सॉफ्टवेअर कंपन्यांकडे आहे.कोणत्याही कंपनीला चिपचे डिझाइन आणि आर्किटेक्चर तयार करायचे असल्यास, या तिनपैकी एखादे सॉफ्टवेअर वापरणे जवळपास अनिवार्य ठरते. Intel, Apple, AMD आणि Nvidia यांसारख्या कंपन्यांकडे त्यांच्या चिप डिझाइनचे बौद्धिक संपदा हक्क (IP rights) असतात. या क्षेत्रात अमेरिकन कंपन्यांचा सुमारे ७५% बाजारहिस्सा आहे. यानंतर या डिझाइननुसार ५ ते १५ नॅनोमीटर आकाराचे अब्जावधी ट्रान्झिस्टर सिलिकॉन वेफरवर कोरण्याचे काम Extreme Ultraviolet (EUV) Lithography या अत्याधुनिक यंत्राद्वारे केले जाते. विशेष बाब म्हणजे, अशा प्रकारचे यंत्र संपूर्ण जगात नेदरलँड्समधील ASML या एकमेव कंपनीकडून तयार केले जाते. या एका यंत्राच्या विकासासाठी जवळपास २० वर्षांचे संशोधन लागले असून, एका मशीनची किंमत सुमारे 4०० दशलक्ष डॉलर इतकी आहे. त्यामुळे चिप उत्पादन प्रक्रियेत लिथोग्राफी यंत्रे हीदेखील अत्यंत महत्त्वाचा अडथळा ठरतो.

 

चीनचा उदय आणि आव्हान..

     १९८० च्या दशकानंतर अमेरिका–चीन संबंधांमध्ये सुधारणा झाल्यानंतर व्यापार आणि आर्थिक सहकार्य मोठ्या प्रमाणात वाढले. या वाढत्या संबंधांमुळे वैज्ञानिक आणि तांत्रिक देवाणघेवाणीलाही चालना मिळाली. कुशल मनुष्यबळ आणि तुलनेने कमी वेतन यामुळे अनेक पाश्चात्त्य सेमीकंडक्टर कंपन्यांना चीनमध्ये गुंतवणूक करण्याचे आकर्षण वाटू लागले. विशेषतः ज्या सेमीकंडक्टर कंपन्या त्यांच्या देशांतर्गत बाजारपेठेत प्रबळ प्रतिस्पर्ध्यांशी स्पर्धा करण्यात मागे पडत होत्या किंवा अडचणीत होत्या, त्यांनी आपल्या उत्पादन प्रकल्पांचे स्थलांतर चीनमध्ये केले. IBM, AMD आणि ARM यांसारख्या कंपन्यांचा त्यात समावेश होता.

हळूहळू SMIC आणि Huawei यांसारख्या चिनी कंपन्यांनी NAND सारख्या चिप्सचे डिझाइन आणि उत्पादन विकसित करण्यास सुरुवात केली. या क्षमतेच्या बळावर त्यांनी मोबाईल, लॅपटॉप आणि संगणक यांसारख्या उपकरणांच्या बाजारपेठेत आपले स्थान विस्तारण्यास सुरुवात केली. २००० च्या दशकात चीन जगातील सर्वात मोठी ग्राहक बाजारपेठ आणि उत्पादन केंद्र म्हणून उदयास आला. त्यामुळे तैवान, दक्षिण कोरिया आणि जपान यांसारख्या शेजारी देशांसह चीनही सेमीकंडक्टर तंत्रज्ञानात महत्त्वाचा भागीदार बनण्याच्या मार्गावर होता.

मात्र चीनसमोरील मोठी अडचण अशी होती की सेमीकंडक्टर तंत्रज्ञानातील जवळपास प्रत्येक महत्त्वाचा घटक आणि प्रक्रिया पाश्चात्त्य देशांच्या नियंत्रणाखाली होती, आणि त्यात चीनची स्वतःची तांत्रिक पकड मर्यादित होती. आधुनिक तंत्रज्ञानाच्या जगात सेमीकंडक्टर हे जणू इंधन मानले जातात, आणि चीनला हे महत्त्वाचे साधन स्वतःच्या देशात विकसित करायचे होते. २०१३ मध्ये शी जिनपिंग सत्तेवर आल्यानंतर त्यांनी चीनला सेमीकंडक्टर क्षेत्रात स्वावलंबी बनवण्याचा स्पष्ट दृष्टिकोन मांडला. आगामी दशकांत चिप डिझाइन, उत्पादन, लिथोग्राफी आणि त्याच्या अनुप्रयोगांमध्ये चीनने स्वतःची क्षमता उभारावी, असे त्यांचे ध्येय होते. याच उद्देशाने २०१४ मध्ये “Made in China 2025 (MIC 2025)” ही धोरणात्मक योजना मांडण्यात आली. या योजनेनुसार २०२५ पर्यंत चीनने परदेशी चिप्सवरील अवलंबित्व सुमारे ८५% वरून ३०% पर्यंत कमी करावे, असे लक्ष्य निश्चित करण्यात आले.

चीनने सेमीकंडक्टर क्षेत्रात वेगाने प्रगती साधण्यासाठी ‘बिग फंड’ धोरण अमलात आणले. या अंतर्गत सरकारी अनुदानात मोठी वाढ करण्यात आली आणि राज्याच्या पाठबळावर प्रचंड निधी उपलब्ध करून देण्यात आला. तथापि, केवळ एका दशकात सेमीकंडक्टर तंत्रज्ञानाच्या अग्रस्थानी पोहोचणे अत्यंत कठीण असल्याचे स्पष्ट होते. त्यामुळे चीनने काही ठिकाणी अनैतिक आणि शक्तीचा वापर करणाऱ्या पद्धतींचा अवलंब केल्याचे आरोप समोर येऊ लागले. काही प्रकरणांमध्ये असे दिसून आले की, चीनने आपल्या विशाल ग्राहक बाजारपेठेत विशेष व्यवसायाची परवानगी देण्याच्या बदल्यात परदेशी कंपन्यांकडून तांत्रिक हस्तांतरण (technology transfer) आणि सेमीकंडक्टर तंत्रज्ञानातील अद्ययावत माहितीची मागणी केली. याशिवाय, अत्याधुनिक तंत्रज्ञान मिळवण्यासाठी औद्योगिक गुप्तहेरगिरी (espionage) आणि तंत्रज्ञान चोरीच्या प्रयत्नांच्याही घटना समोर आल्या. काही अहवालांनुसार, राज्याच्या पाठबळाने कार्य करणाऱ्या गुप्तहेरांनी सेमीकंडक्टर कंपन्यांकडून प्रगत तंत्रज्ञान मिळवण्याचा प्रयत्न केला. या सर्व घडामोडींमुळे असे स्पष्ट होऊ लागले की चीनचे अर्धवाहक क्षेत्रातील उद्दिष्ट केवळ आर्थिक किंवा बाजारपेठेपुरते मर्यादित नसून त्यामागे लष्करी आणि सामरिक वर्चस्वाची आकांक्षाही दडलेली आहे.

जर ही गती अशीच कायम राहिली असती, तर भविष्यात अमेरिकेचे तांत्रिक वर्चस्व मागे पडण्याची शक्यता निर्माण झाली असती. त्यामुळे अखेर अमेरिकेनेही या स्पर्धेला उत्तर देण्यासाठी आपले लपलेले पत्ते उघडण्यास सुरुवात केली.

 

चिप युद्ध

ओबामा प्रशासनाच्या शेवटच्या काळात (२०१६–१७) चीनकडे अत्याधुनिक सेमीकंडक्टर तंत्रज्ञानाच्या हस्तांतरणावर निर्बंध घालण्याबाबत धोरणात्मक पावले उचलण्यास सुरुवात झाली. या संदर्भात प्रारंभिक धोरणांची रूपरेषा तयार करण्यात आली आणि काही प्राथमिक उपाययोजना राबविण्यात आल्या. यानंतर सत्तेत आलेल्या डोनाल्ड ट्रम्प यांच्या पहिल्या प्रशासनाने अनेक चिनी कंपन्यांच्या व्यावसायिक पद्धतींमध्ये अनैतिकता आढळल्याचे निदर्शनास आणले. तपासादरम्यान अत्याधुनिक चिप्सचा वापर मार्गदर्शित क्षेपणास्त्रांच्या निर्मितीत होत असल्याचेही स्पष्ट झाले. त्यानंतर टप्प्याटप्प्याने काही प्रमुख चिनी कंपन्यांना ब्लॅक लिस्टमध्ये टाकण्यात आले. यामध्ये ZTE, Huawei आणि Fujian Jinhua Integrated Circuit यांसारख्या कंपन्यांचा समावेश होता. या कंपन्यांवर प्रगत चिप तंत्रज्ञान, अत्याधुनिक यंत्रसामग्री आणि सॉफ्टवेअरच्या वापरावर निर्बंध घालण्यात आले.अमेरिकेकडे या संदर्भात दोन महत्त्वाचे चोकहोल्ड होते. पहिले म्हणजे चिप डिझाइन क्षेत्रावरील नियंत्रण आणि दुसरे म्हणजे लिथोग्राफी यंत्रांच्या विकासासाठी आवश्यक असलेली अत्याधुनिक उपकरणे. त्याचबरोबर पूर्व आशिया आणि आग्नेय आशियातील अनेक सेमीकंडक्टर उत्पादक देश अमेरिकन कंपन्यांशी व्यावसायिकदृष्ट्या जोडलेले होते आणि ते मोठ्या प्रमाणावर अमेरिकेच्या सामरिक प्रभावक्षेत्रातही येत होते.

या पार्श्वभूमीवर अमेरिकेने जपानसह पहिली मोठी पावले उचलली आणि चीनकडे अत्याधुनिक सेमीकंडक्टर यंत्रसामग्री व चिप्सचा पुरवठा मर्यादित करण्याचा निर्णय घेतला. पुढे २०२२ मध्ये जो बायडेन यांच्या प्रशासनाने CHIPS and Science Act मंजूर केला. या कायद्याअंतर्गत सुमारे ३०० अब्ज डॉलर्सची तरतूद करण्यात आली, ज्याचा उद्देश चिप उत्पादन, फॅब्रिकेशन आणि ATP (Assembly, Testing and Packaging) प्रकल्प पुन्हा अमेरिकेत स्थापन करणे हा होता. याच काळात चीनकडे तांत्रिक हस्तांतरणावर आणखी कठोर निर्बंध लादण्यात आले. उदाहरणार्थ, अत्याधुनिक Extreme Ultraviolet Lithography (EUV) यंत्रे तसेच प्रगत ग्राफिक्स प्रोसेसिंग युनिट्स (GPU) यांसारख्या चिप्सच्या निर्यातीवर मर्यादा घालण्यात आल्या.

पुढे २०२३ मध्ये Foreign Direct Product Rule (FDRP) लागू करण्यात आला. या नियमांनुसार जर अमेरिकन सॉफ्टवेअर, तंत्रज्ञान किंवा कच्चा माल वापरून परदेशात सेमीकंडक्टर चिप्स किंवा तंत्रज्ञान तयार केले गेले असेल, तर त्या उत्पादनांची चीनकडे निर्यात करण्यास मनाई करण्यात आली. या नियमांच्या अंमलबजावणीचे एक उदाहरण २०२३ मध्ये समोर आले. सिंगापूरस्थित Seagate Technology या कंपनीवर FDRP चे उल्लंघन केल्याबद्दल सुमारे ३०० दशलक्ष डॉलर्सचा दंड ठोठावण्यात आला. ही कारवाई अमेरिकेच्या सेमीकंडक्टर तंत्रज्ञानावरील नियंत्रणाला बळकटी देणारी महत्त्वाची पायरी मानली जाते.

याच्या प्रत्युत्तरादाखल चीनने रेअर अर्थ एलिमेंटच्या निर्यातीवर अधिक कडक नियंत्रण लागू केले. जागतिक स्तरावर रेअर अर्थ एलिमेंटच्या उत्पादनात चीनचा सुमारे ७०% वाटा आहे, तर त्यांच्या साठवणूक आणि विभाजन तंत्रज्ञानात चीनचे जवळपास ९०% प्रभुत्व आहे. या पार्श्वभूमीवर, Foreign Direct Product Rule (FDRP) च्या धर्तीवर चीननेही अशी मागणी मांडली की, जर कोणतेही उत्पादन चीनमधील खनिजे आणि तंत्रज्ञान वापरून तयार झाले असेल, तर त्या उत्पादनाची चीनच्या मान्यतेशिवाय अमेरिकेकडे निर्यात करता येणार नाही.

 

भारतातील सेमीकंडक्टर क्षेत्राची सद्यस्थिती आणि भविष्यातील संधी

भारत सध्या सेमीकंडक्टर चिप डिझाइन आणि सेवा क्षेत्रात मजबूत स्थान निर्माण करत असला, तरी अत्याधुनिक चिप उत्पादन (fabrication) या बाबतीत अजूनही सुरुवातीच्या टप्प्यात आहे. जागतिक स्तरावर चिप उत्पादन काही मोजक्या देशांमध्ये केंद्रित असताना, भारत मुख्यतः “fabless” मॉडेलमध्ये कार्यरत आहे, जिथे Intel, Qualcomm, Nvidia यांसारख्या जागतिक कंपन्यांचे डिझाइन सेंटर भारतात आहेत. यामुळे भारताकडे कुशल अभियंते, डिझाइन कौशल्य आणि संशोधन क्षमता यांचा मोठा साठा उपलब्ध आहे, परंतु प्रत्यक्ष वेफर-फॅब्रिकेशन सुविधा (fabs) अजून विकसित होण्याच्या प्रक्रियेत आहेत.

गेल्या काही वर्षांत भारत सरकारने “Semicon India Programme”, “PLI Scheme” आणि विविध राज्यस्तरीय धोरणांच्या माध्यमातून या क्षेत्रात मोठ्या प्रमाणावर गुंतवणूक आकर्षित करण्यास सुरुवात केली आहे. गुजरात, तमिळनाडू आणि कर्नाटक या राज्यांमध्ये फॅब आणि ATMP (Assembly, Testing, Marking and Packaging) युनिट्स उभारण्याचे प्रयत्न सुरू आहेत. Micron सारख्या जागतिक कंपनीने भारतात ATMP प्रकल्प सुरू केला आहे, जो या क्षेत्रातील महत्त्वाचा टप्पा मानला जातो. तरीही, अत्याधुनिक लॉजिक चिप्स (5 nm किंवा त्यापेक्षा कमी नोड्स) तयार करण्यासाठी लागणारी प्रगत लिथोग्राफी, उच्च गुंतवणूक (अब्जावधी डॉलर), आणि तांत्रिक कौशल्य यामुळे भारताला अजून काही वर्षे लागणार आहेत.

भविष्यातील संधींच्या दृष्टीने भारतासाठी मोठी क्षमता उपलब्ध आहे. वाढता डिजिटल वापर, कृत्रिम बुद्धिमत्ता (AI), 5G/6G, इलेक्ट्रिक वाहने (EV), आणि IoT यांसारख्या क्षेत्रांमध्ये चिप्सची मागणी झपाट्याने वाढत आहे. यामुळे भारताला केवळ आयात-आधारित ग्राहक बाजारपेठ म्हणून नव्हे, तर उत्पादन केंद्र म्हणून विकसित होण्याची संधी आहे. विशेषतः compound semiconductors, power electronics, sensors, आणि automotive chips या क्षेत्रांमध्ये भारत जलद प्रगती करू शकतो. तसेच, शैक्षणिक संस्था, संशोधन प्रयोगशाळा आणि उद्योग यांच्यातील सहकार्य वाढवून “design-to-fabrication ecosystem” विकसित करणे अत्यावश्यक आहे.

दीर्घकालीन दृष्टीकोनातून पाहता, भारताने संपूर्ण सेमीकंडक्टर मूल्यसाखळी (EDA → Design → Fabrication → Packaging → Testing) आत्मसात करण्यावर भर दिला पाहिजे. यासाठी कौशल्य विकास, संशोधन गुंतवणूक, आंतरराष्ट्रीय सहकार्य, आणि धोरणात्मक नियोजन यांची आवश्यकता आहे. जर हे सर्व घटक योग्य प्रकारे राबवले गेले, तर भारत पुढील दशकात सेमीकंडक्टर क्षेत्रात एक महत्त्वाचा जागतिक खेळाडू म्हणून उदयास येऊ शकतो.

 

चिप तंत्रज्ञानाचे भविष्य…..

सेमीकंडक्टर चिप तंत्रज्ञान दरवर्षी अधिक वेगाने विकसित होत आहे. चिपची कार्यक्षमता वाढवण्यासाठी त्यामध्ये असलेल्या ट्रान्झिस्टरची संख्या सतत वाढवणे आवश्यक असते. याच तत्त्वाला मुरस् लॉ असे संबोधले जाते. गेल्या दशकात, सुमारे २०११ च्या सुमारास, ट्रान्झिस्टरचा आकार कमी करण्यासाठी FinFET प्रकारची रचना विकसित करण्यात आली. या तंत्रज्ञानामुळे प्रत्येक ट्रान्झिस्टरचा आकार सुमारे ७ ते २० नॅनोमीटरपर्यंत कमी करणे शक्य झाले. पुढील टप्प्यात आता अधिक प्रगत रचना विकसित होत आहे. उदाहरणार्थ, Intel आणि Samsung Electronics यांनी Gate‑All‑Around Field Effect Transistor (GAAFET) नावाची नवीन रचना विकसित केली आहे. या तंत्रज्ञानामुळे ट्रान्झिस्टरचा आकार आणखी कमी करून सुमारे २ ते ५ नॅनोमीटरपर्यंत आणणे शक्य होईल. साध्या भाषेत सांगायचे झाल्यास, जर १ मीटरला १ अब्ज भागांत विभागले, तर त्या भागांपैकी फक्त २ भाग एवढाच या ट्रान्झिस्टरचा आकार असेल. मेमरी तंत्रज्ञानातही मोठी प्रगती होत आहे. दक्षिण कोरियातील SK Hynix या कंपनीने २०१३ मध्ये High Bandwidth Memory (HBM) नावाची प्रगत मेमरी चिप विकसित केली. ही चिप पारंपरिक Dynamic Random Access Memory (DRAM) ची पुढील पिढी मानली जाते. HBM चिप्स सुमारे १.२ टेराबाइट प्रति सेकंद इतक्या उच्च बँडविड्थवर कार्य करू शकतात, जे विशेषतः कृत्रिम बुद्धिमत्ता प्रणालींसाठी अत्यंत महत्त्वाचे आहे. या अत्याधुनिक चिप्स तयार करण्यासाठी प्रगत उत्पादन तंत्रज्ञानाचीही आवश्यकता असते. नेदरलँड्समधील ASML या कंपनीने High-NA EUV lithography नावाचे अत्याधुनिक लिथोग्राफी यंत्र विकसित केले आहे. या यंत्राच्या साहाय्याने सिलिकॉन सब्स्ट्रेटवर सुमारे १.५ ते २ नॅनोमीटर आकाराचे ट्रान्झिस्टर तयार करणे शक्य होते. अनेक दशकांच्या संशोधनानंतर तयार झालेल्या या यंत्राची उंची जवळपास तीन मजल्यांच्या इमारतीइतकी असून त्याची किंमत सुमारे ४०० दशलक्ष डॉलर्स आहे. या मालिकेतील पहिले यंत्र चाचणीसाठी Intel कडे पाठवण्यात येणार आहे. दरम्यान, TSMC आणि Samsung Electronics या कंपन्या या प्रगत यंत्रणेला लवकरात लवकर स्वीकारण्यासाठी नवीन उत्पादन सुविधा उभारत आहेत, जेणेकरून सेमीकंडक्टर तंत्रज्ञानाच्या स्पर्धेत त्या आघाडीवर राहू शकतील. अंदाजानुसार, ही प्रगत यंत्रणा २०२७ ते २०३० या कालावधीत पूर्ण क्षमतेने कार्य करू लागेल.

या तंत्रज्ञानाच्या विकासामुळे भविष्यात अत्यंत प्रगत GPU, डेटा सेंटर आणि CPU चिप्स तयार होतील. या चिप्समुळे कृत्रिम बुद्धिमत्ता, संगणन आणि डिजिटल तंत्रज्ञानाच्या क्षेत्रात मोठे बदल घडून येतील. जसे १९८० च्या दशकात  संगणक आणि मोबाइल फोनच्या आगमनाने मानवी जीवनशैलीत आमूलाग्र परिवर्तन झाले, त्याचप्रमाणे या नव्या पिढीतील चिप्स देखील भविष्यात आपल्या जीवनावर मोठा प्रभाव टाकतील. विज्ञान आणि तंत्रज्ञान ही आजच्या काळातील मानवी अस्तित्वाची अविभाज्यता बनली आहे. आधुनिक समाजाची प्रगती, अर्थव्यवस्था आणि दैनंदिन जीवन मोठ्या प्रमाणावर विज्ञान-तंत्रज्ञानावर अवलंबून आहे. अग्रगण्य आणि अत्याधुनिक विज्ञान-तंत्रज्ञानातील प्रवेश तसेच त्यातील प्रावीण्य हे कोणत्याही राष्ट्राच्या विकास आणि समृद्धीचे प्रमुख साधन मानले जाते. त्यामुळे नागरिकांच्या प्रगतीसाठीही या क्षेत्रातील प्रगत ज्ञान अत्यंत महत्त्वाचे ठरते. याच पार्श्वभूमीवर सेमीकंडक्टर तंत्रज्ञानाच्या क्षेत्रातील घडामोडींवर बारकाईने लक्ष ठेवणे अत्यावश्यक ठरते. आधुनिक संगणक, स्मार्टफोन, कृत्रिम बुद्धिमत्ता प्रणाली आणि डिजिटल पायाभूत सुविधा या सर्वांचा पाया सेमीकंडक्टर तंत्रज्ञानावर आधारित आहे. त्यामुळे या तंत्रज्ञानातील बदल आणि प्रगती यांचा थेट परिणाम मानवी जीवनावर होणार आहे. म्हणूनच सेमीकंडक्टर तंत्रज्ञानाच्या भविष्यासंदर्भातील घडामोडींविषयी जागरूक राहणे आणि त्यावर सतत लक्ष ठेवणे ही आजच्या काळाची गरज बनली आहे.

 

-   Mr. Vijay Patil

-   Dr. Tukaram Dongale

School of Nanoscience and Biotechnology,

Shivaji University, Kolhapur