Dünyadaki yarı iletken kıtlığı Amerika'dan Çin'e tüm otomobil üreticilerini ve teknoloji devlerini vurmuş durumda. Kriz karar veren mercilerin, müşterilerin ve yatırımcıların çok temel bir soruyu sormasına yol açtı: Neden daha fazla çip üretemiyoruz? Sorunun cevabını ve çip endüstrisindeki son durumu merak ediyorsanız içeriğimize buyurun. 👇
Basit cevap, çip üretmenin inanılmaz derecede zor olması ve her geçen gün daha da zorlaşması. Hatta bu sektörde çalışanlar bu durumu 'Düşünüldüğü gibi zor değil, çok daha zor' diyerek ifade ediyor. Daha karmaşık olan cevap ise, yarı iletken üretim tesislerinin inşasının yıllar sürmesi ve milyarlarca dolara mal olması. Ekonomik şartlar o kadar acımasız ki, rakiplerinizden azıcık bile gerideyseniz yatırımınızı kaybedebiliyorsunuz.
Mesela Çin, son açıklanan beş yıllık kalkınma planında çip konusunda bağımsız olmayı en önemli önceliklerden biri olarak gösterdi. ABD Başkanı Joe Biden, yerli üretimi teşvik ederek güvenli bir tedarik zinciri kurulacağını açıklarken Avrupa Birliği bile kendi çiplerini üretilmesini sağlamak için belli önlemler almaya karar verdi. Başarılı olup olmayacakları ise belli değil.
Üretim sürecinde dev fabrikalar, tozsuz odalar, milyonlarca dolarlık makineler, erimiş kalay ve lazerler kullanılıyor. Üretim sürecinin nihai hedefi, kumdan elde edilen bir element olan ince silisyumu, kullandığımız elektronik aletlerin işlevlerini gerçekleştirmesini sağlayan, milyarlarca küçük devreden oluşan bir ağ olan transistör adlı devre parçasına dönüştürmektir.
Bu devreler belirli sıralara konularak çiplere özel amaçlar yükler. Örneğin, yukarıdaki görseldeki Nvidia GeForce RTX 3090, bilgisayar kodlarını oyun grafiklerine dönüştürmedeki en iyi çiplerden biridir.
Grafik Kaynağı: Nvidia
Intel'in ilk mikroişlemcisi olan 4004 1971'de piyasaya sürülmüştü. Devre düğümü sayısı 10 mikron olan 2.300 transistöre sahipti. Intel'in sonraki on yıllardaki tartışılmaz önderliği, 2015'te Taiwan Semiconductor Manufacturing Co.'nun ve 2020'de Samsung Electronics Co.'nun daha iyi transistörlere sahip çipler üretmeye başlayınca sona erdi. Bu transistörler 5 nanometrelik boyutlarıyla öne çıkıyordu.
Grafik Kaynağı: Our World in Data
Bu odanın gerçekten temiz olması gerekiyor. Tekil transistörler virüslerden kat kat daha küçüktür. Bir toz zerresi bile hasar görmelerine, dolayısıyla milyonlarca dolarlık çabanın boşa gitmesine neden olabilir. Bu riski azaltmak için çip üreten firmalar makinelerini özellikle tozdan arındırılmış odalara koyar.
Çip üretim hattında bir ya da ikiden fazla çalışan (baştan aşağıya korunma giysisi ve ekipmanıyla) bulunuyorsa, yüksek olasılıkla bir şeyler ters gitmiştir. Yarı iletken tasarım ve geliştirme sürecini gerçekleştiren dehalar ise kilometrelerce uzakta çalışıyor.
Pullar, tavandaki raylar üzerinde yer alan robotların taşıdığı kartuşlarla makineden makineye aktarılıyor. Yalnızca bir makinenin içine girdiklerinde ve üretim işleminin bir sonraki adımı gerçekleştirileceğinde kartuşlarından çıkıyorlar.
Bunlar, minik transistörleri birbirine bağlayan karmaşık üç boyutlu yapılar oluşturmak için yığılır ve ardından kısmen çıkarılır. Katmanların bazıları atom inceliğindedir. Applied Materials Inc., Lam Research Corp. ve Tokyo Electron Ltd. tarafından üretilen makineler sıcaklık, basınç, elektriksel ve manyetik alanlar gibi değişkenleri dengeleyerek bu işlemin gerçekleşmesini sağlar.
ASML Holding NV'nin geliştirdiği makineler, silisyum üzerinde biriken malzemelere desen vermek için ışığı kullanır. Bu desenler nihayetinde transistörlere dönüşür. Bu olayların tamamı o kadar küçük bir ölçekte gerçekleşir ki, bunu mümkün kılmanın tek yolu morötesi ışık kullanmaktır. Morötesi ışığı kontrollü bir ortamda oluşturmak için ASML makineleri lazer darbeleriyle erimiş kalay damlacıklarını zaplar. Metal buharlaşırken işlem için gereken morötesi ışığı yayar. Işığı daha ince bir dalga boyutuna odaklamak için aynalar kullanılır.
Grafik Kaynağı: Boston Consulting Group, Semiconductor Industry Association, Gartner
Grafik Kaynağı: Boston Consulting Group, Semiconductor Industry Association, Gartner
Bunun tek bir sebebi var, o da maliyetleri. Ayda 50.000 pul üreten giriş düzeyinde bir fabrika inşa etmek aylık yaklaşık 15 milyar dolara mal oluyor. Bu paranın çoğu özel amaçlı ekipmanlara gidiyor ki bu pazardaki satış rakamları 2020'de ilk kez 60 milyar dolar aştı.
Grafik Kaynağı: SEMI
Fabrikaları çok daha üst düzey olduğundan her birinin maliyeti 20 milyar doların üzerinde. Bu yıl TSMC yeni fabrika ve ekipmanlara 28 milyar dolarlık bir bütçe ayırdı. Bu parayı devasa fabrikalar kurmak için harcıyorlar ama bunlar en fazla beş yıl içerisinde eskiyor. Para kaybetmemek için çip üreten firmaların her bir tesisten 3 milyar dolar kâr elde etmesi gerekiyor. Şu anda ise bunu sadece en büyük şirketler yapabiliyor. Özellikle üç büyükler geçen yıl toplamda 188 milyar dolar gelir elde ettiğinden birden çok fabrika kurabilecek durumda.
Grafik Kaynağı: IDC
Ana ölçüt verimdir (atılmayan çiplerin yüzdesi). %90'ın altında kalırsanız bir şeyler yolunda gitmiyor demektir. Öte yandan çip üreten firmalar, anca tekrar tekrar maliyetli hatalar yapıp bunlardan ders çıkararak ve bilgi birikimi elde ederek bu seviyenin üzerine çıkabilir.
Her yıl sipariş edilen 1.4 milyar akıllı telefon işlemcisinin çoğu TSMC tarafından üretiliyor. Bilgisayar işlemcileri pazarında Intel'in payı %80. Samsung ise bellek çiplerinde hakimiyete sahip. Çin dâhil hiç kimsenin bu devreye girmesi hiç ama hiç kolay değil...
Helal olsun. Güzel içerik.
biyerde okumuştum bir metreküp hava içerisinde milyonlarcamı milyarlarca mı ne toz zerresi olurken çip üretilen odalarda metreküp e maksimum 2 tane toz zerreciği düşüyormuş
tsmc sektörün lideri.. Konuda eksik kalan kısım ise; Tesislerin çok çok fazla saf suya ihtiyaç duymaları.. abd çöle çip fabrikası kuracaktı (hangi firma unuttum) adamlar suyu nasıl halledecekler bilmiyorum.. Tsmc büyük bir hata yapmadığı sürece çip üretiminde devrimlerine devam edecek..