சில்லுவின் கதை – பேராசிரியர் ராஜேஷ் ஜெலே – ஐஐடி பம்பாய் (Chip Story – Prof. Rajesh Zele – IIT Bombay)
சில்லு தயாரிக்கும் செயல்முறை உயர்நிலைக் கண்ணோட்டம்
0:30 ஏன் சொந்தப் புனைவு ஆலை இல்லாத (Fabless) தயாரிப்பு நிறுவனம் அவசியம்? இதற்குப் பதில் கிடைக்க, சில்லுகள் தயாரிக்கப்படும் செயல்முறையை முதலில் பார்ப்போம். IC வடிவமைப்பாளர்கள் கேடன்ஸ் (Cadence), மென்டர் கிராபிக்ஸ் (Mentor Graphics), சினாப்சிஸ் (Synopsis) ஆகியவற்றின் EDA – Electronic Design Automation (தானியங்கி மின்னணு வடிவமைப்பு) மென்பொருளைப் பயன்படுத்துகின்றனர். முந்தைய ஆண்டுகளில் அனைத்து சில்லு தயாரிப்பு நிறுவனங்களுக்கும் அவர்களின் சொந்தப் புனைவு ஆலை (fab) இருந்தது. IC வடிவமைக்கப்பட்டதும், அதை உற்பத்தி செய்ய தங்களின் சொந்தப் புனைவு ஆலைக்கு அனுப்புவார்கள். அப்ளைடு மெட்டீரியல்ஸ் (Applied Materials), ASML போன்ற புனைவு ஆலை எந்திர உற்பத்தியாளர்கள், ஃபோட்டோ-லித்தோகிராபி இயந்திரங்கள், வில்லை கையாளும் இயந்திரங்கள், வில்லையைப் பாதுகாப்பாக வைக்கும் பெட்டகங்கள் போன்ற உற்பத்தி ஆலைக்குத் தேவையான மிகவும் விலையுயர்ந்த இயந்திரங்களை வழங்குகின்றனர். உற்பத்தி முடிந்ததும், 200 அல்லது 300 மிமீ விட்டம் கொண்ட அச்சிடப்பட்ட சிலிக்கான் வில்லை (wafer) கிடைக்கும். இதில் பல ஆயிரம் கூறுகள் (dies) அச்சிடப்பட்டிருக்கும். பின்னர் அது தைவானில் உள்ள ASE (Advanced Semiconductor Engineering) போன்ற ஒரு சோதனை நிறுவனத்திற்குச் செல்லும். விரைவில் இதேபோன்ற வில்லை சோதனை வசதி குஜராத்தில் உள்ள தோலேராவில் அமையவுள்ளது. சோதனைக்குப் பிறகு, தனிப்பட்ட கூறுகளை வெட்டிப் பிரித்து, பின்னர் கம்பிப் பிணைப்பு (wire bonding) மூலம் கம்பிகளை இணைத்துத் தொகுத்து முடிக்கப்பட்ட சில்லுகள் உருவாகின்றன.
5:20 வடிவமைப்புப் பகுதிக்கு அதிகத் திறமையான வடிவமைப்பாளர்கள் மற்றும் EDA மென்பொருள் மட்டுமே தேவை. ஆகவே ஒரு சில மில்லியன் டாலர்கள் மட்டுமே முதலீடு தேவைப்படும். ஆனால், புனைவு ஆலை (fab) நிறுவப் பல பில்லியன் டாலர்கள் அளவில் எந்திரங்களில் மிகப் பெரிய முதலீடு செய்யவேண்டும்.
புனைவு ஆலை இல்லாத (Fabless) குறைக்கடத்தி நிறுவனத்தின் செயல்முறை
6:18 புனைவு ஆலை இல்லாத (Fabless) குறைக்கடத்தி நிறுவனத்தை உருவாக்கும் செயல்முறையைப் பார்ப்போம். இது ஒரு புதிய தயாரிப்புக்கான யோசனையுடன் தொடங்குகிறது. பின்னர் அனுபவம் வாய்ந்த வடிவமைப்பாளர்களின் குழு ஒன்றைச் சேர்க்க வேண்டும். தேவையான EDA மென்பொருளை நீங்கள் தேர்ந்தெடுத்து வாங்க வேண்டும். அடுத்து நீங்கள் இந்தப் புதிய தயாரிப்பின் விவரக்குறிப்புகளையும், சந்தையில் கிடைக்கும் மற்றப் போட்டியிடும் தயாரிப்புகளை விட இது எவ்வாறு சிறந்தது என்பதையும் உருவாக்க வேண்டும். இந்த வேலை வாடிக்கையாளர்களுடன் நெருக்கமாகப் பணியாற்றும் அனுபவம் வாய்ந்த அமைப்பு வடிவமைப்பாளர்களால் (system designers) செய்யப்படுகிறது. பின்னர் நீங்கள் 65nm, 40nm, 28nm, 18nm போன்ற IC செயல்முறையைத் தேர்வு செய்ய வேண்டும். அளவு (node) சிறியதாக இருந்தால், ஒரு வில்லைக்கு ஆகும் செலவு அதிகமாக இருக்கும். ஆனால் நீங்கள் ஒரு வில்லைக்கு அதிகக் கூறுகளையும் (dies) பெறுவீர்கள். அடுத்து நீங்கள் உற்பத்தி செய்ய TSMC, Samsung, UMC, GF, Tower போன்ற ஒரு புனைவு ஆலையைத் தேர்ந்தெடுப்பீர்கள். ஒருங்கிணைந்த சுற்றுகள் உற்பத்திக்கு அனுப்பப்படுவதற்கு முன் வடிவமைப்பு செயல்முறையின் இறுதிக் கட்டம் டேப்-அவுட் (Tape-Out) எனப்படும். கருத்துருலிருந்து டேப்-அவுட் வரைப் பொதுவாக 9 மாதங்கள் ஆகும். பொதுவாகத் தொடக்க நிலை நிறுவனங்கள் (start-ups) தங்கள் சொந்த சில்லுவுக்கு முழு வில்லையையும் தயாரிப்பது மிகவும் விலை உயர்ந்தது. எனவே, அவர்கள் கூட்டுத் திட்ட வில்லை (MPW – Mult Project Wafer) என்ற முறையைத் தேர்ந்தெடுக்கிறார்கள். அதாவது பல வடிவமைப்பாளர்கள் ஒன்று சேர்ந்து ஒரு வில்லையில் கிடைக்கும் புனைவைப் பிரித்துக் கொள்வது. உற்பத்தி ஆலையில் இருந்து சில்லுவைத் தயாரித்து வாங்க சுமார் 2 முதல் 3 மாதங்கள் ஆகும். பின்னர் நீங்கள் செயல்முறை மின்னழுத்தம் மற்றும் வெப்பநிலை (PVT – Process Voltage and Temperature) நிலைமைகளின் கீழ் கடுமையான சோதனைகளைச் செய்கிறீர்கள். பின்னர் உங்கள் சாத்தியமான வாடிக்கையாளர்களுக்கு மாதிரிகளை வழங்கி ஒப்பந்தங்களைப் பதிவு செய்கிறீர்கள். இறுதியாக உற்பத்திக்கான உங்கள் இறுதி ஒளி மறைப்பித் தொகுப்பை (mask set) வெளியிடுகிறீர்கள். இம்மாதிரி புனைவு ஆலை இல்லாத (Fabless) குறைக்கடத்தி நிறுவனத்தின் மிகவும் வெற்றிகரமான ஒரு எடுத்துக்காட்டைப் பார்ப்போம்.
முன்காலத்தில் தொலைக்காட்சிகளின் இசைவிப்புக் கருவிகள் (tuners) பல பாகங்கள் கொண்டு பெரியதாக இருந்தன
12:19 40 ஆண்டுகளுக்கு முன்பு, நான் பள்ளியில் பதினொன்றாம் வகுப்பில் படிக்கும் போது, CRT (Cathode Ray Tube), மற்ற பாகங்களை வாங்கி ஒரு கருப்பு வெள்ளைத் தொலைக்காட்சியைத் தொகுத்தேன். அந்த நேரத்தில் இந்தியாவில் ஒரே ஒரு தொலைக்காட்சி அலைவரிசை மட்டுமே இருந்தது. இசைவிப்புக் கருவி என்பது வானலையில் ஒளிபரப்பப்படும் தொலைக்காட்சி அலைவரிசைகளை அலைவாங்கி வழியாகக் கண்டறிந்து படத்தைத் திரையில் காட்டப் பயன்படுத்தப்படும் மின்னணு சாதனம். நீங்கள் ஒரு அலைவரிசையில் இருந்து இன்னொரு அலைவரிசைக்கு மாற்றலாம். அந்த நாட்களில் தொலைக்காட்சிகளில் பயன்படுத்தப்பட்ட இசைவிப்புக் கருவிகள் மிகப் பெரியதாக இருந்தன. இது கையால் ஈயப்பற்று வைப்பதன் (soldering) மூலம் ஒன்றாக இணைக்கப்பட்ட பல பாகங்கள் மற்றும் சுருள்களைப் பயன்படுத்துகிறது. அத்துடன் ஒரு மின்தேக்கி அல்லது ஒரு மின்தூண்டியை மாற்றுவதற்கான இயந்திர சுவிட்சுகள் மற்றும் பல.
மேக்ஸ்லீனியர் (MaxLinear) நிறுவனம் இசைவிப்பு சில்லுவை (tuner chip) உருவாக்க முயற்சித்தது
15:25 இந்த இசைவிப்பைச் செய்ய CMOS எண்ணிம இசைவிப்பு (digital tuner) சில்லுவை உருவாக்க முயற்சித்த மேக்ஸ்லீனியர் என்ற சொந்தப் புனைவு ஆலை இல்லாத நிறுவனத்தில் நான் இருந்தேன். நீங்கள் வானில் இருந்து RF (Radio Frequency) சமிக்ஞையை நுகரவும் (sniff) அதைத் தொலைக்காட்சித் திரையில் நகரும் படமாகக் காட்டக்கூடிய இரும வெளியீட்டை வழங்கவும் முயற்சிக்கிறீர்கள். இது தீர்வுகாண ஒரு கடினமான பிரச்சினை. ஆனால் உலகளவில் விற்கப்படும் தொலைக்காட்சிகளின் எண்ணிக்கையோ நூற்றுக்கணக்கான மில்லியன்களில் இருப்பதால், இது ஒரு பரந்த சந்தை வாய்ப்பைக் கொண்டுள்ளது.
பிரச்சினைக்குத் தீர்வு காணப் புதுமையான வழிகளில் சிந்தித்தல்
18:15 இதை ஒரு எடுத்துக்காட்டாக வைத்து பிரச்சினைகளுக்குத் தீர்வு காணப் புதுமையான வழிகளில் சிந்தித்தல் முறைகளை உங்களிடம் அறிமுகப்படுத்த விரும்புகிறேன். இந்த இசைவிப்பி பிரச்சினைக்கான வழக்கமான சிந்தனை, “நான் விரும்பும் RF அலைவரிசையை மட்டும் எப்படித் தேர்ந்தெடுப்பது மற்றும் வானில் வரும் சமிக்ஞைகளில் இருந்து மற்ற எல்லா அலைவரிசைகளையும் எப்படி வடிகட்டுவது” என்பதாகும். RF அளவியல் (analog) சமிக்ஞையில் இதைச் செய்வது மிகவும் கடினமான பிரச்சினை. அதற்குப் பதிலாக மேக்ஸ்லீனியரில் அனைத்து RF அலைவரிசைகளையும் பிடித்து அவற்றை எண்ணிமமாக மாற்ற முடிவு செய்தோம். பின்னர் தேர்ந்தெடுக்கப்பட்ட அலைவரிசையை எண்ணிம மட்டத்தில் வடிகட்டுதலைச் செய்வோம். இந்த அணுகுமுறை மிகச் சிறிய அளவு, குறைந்த சக்தி, நம்பகமான தீர்வுக்கு வழிவகுத்தது. இது உலகம் முழுவதும் உள்ள அனைத்து தட்டைத்திரைத் தொலைக்காட்சிகளிலும் உள்ள இசைவிப்பிகளை மாற்றியது. மேக்ஸ்லீனியரின் இணை நிறுவனர் மற்றும் தலைமை நிர்வாக அதிகாரி கிஷோர் சீன்டிரிபு (Kishore Seendripu) ஒரு IIT பம்பாய் முன்னாள் மாணவர். மேலும் நீங்கள் இந்தச் சொற்பொழிவில் கலந்துகொள்ளும் இந்த வளாகத்திற்கு சமீபத்தில் கிஷோரின் தந்தையின் பெயரிடப்பட்டது.
மேக்ஸ்லீனியர் நிறுவனத்துக்கு சொந்தப் புனைவு ஆலை அவசியம் என்றால் இது சாத்தியமேயில்லை
20:05 நீங்கள் புள்ளிகளை இணைத்து ஒரு சொந்தப் புனைவு ஆலை இல்லாத நிறுவனம் எவ்வாறு பயணிக்கிறது என்பதைப் பார்க்கலாம். மேக்ஸ்லீனியர் அதன் சொந்த உற்பத்தி ஆலையைக் கொண்டிருக்க வேண்டுமென்றால், இது சாத்தியமேயில்லை. ஏனெனில் ஒரு புனைவு ஆலையை உருவாக்க நீங்கள் பல பில்லியன் டாலர்களை முதலீடு செய்ய வேண்டும்.
20:30 வேறொரு ஒப்புமையை எடுத்துக்கொள்வோம். நீங்கள் தனித்துவமான படங்களை எடுப்பதில் திறமையான ஒரு புகைப்படக் கலைஞர் என்று வைத்துக்கொள்வோம். அந்தப் படங்களை அச்சிட நீங்கள் ஒரு அச்சிடும் ஆய்வகத்தை அமைக்கத் தேவையில்லை. நீங்கள் ஒரு சிறப்பு ஆய்வகத்திற்குச் சென்று படங்களை அச்சிடுகிறீர்கள். பின்னர் மற்றொரு சிறப்பு நிறுவனம் உங்களுக்காக அந்தப் படங்களைச் சட்டகப்படுத்தலாம். இது வில்லைகளில் சில்லு வடிவமைப்பை அச்சிட்டுப் பெறும் சொந்தப் புனைவு ஆலை இல்லாத நிறுவனத்தைப் போன்றது. மேலும் அந்தச் சில்லுகளை மற்ற நிறுவனங்களிடமிருந்து தொகுத்தலும், சோதித்தலும் செய்து வாங்கலாம். இதுதான் TSMC இல் மோரிஸ் சாங் மூலம் சாதிக்கப்பட்டது.
21:12 முன்னர் இருந்த இசைவிப்புக் கருவிகள் 80 மிமீ x 30 மிமீ அளவு ஆகும். அதை மாற்றிய மேக்ஸ்லீனியர் சில்லு 5 மிமீ x 5 மிமீ அளவு. சில்லு என்பது தொகுக்கப்பட்ட பகுதி. அதற்குள் இருக்கும் கூறு (die) 2.5 மிமீ x 2.5 மிமீ அளவு மட்டுமே. எத்தனை ஆயிரக்கணக்கான இத்தகைய கூறுகள் 300 மிமீ விட்டம் கொண்ட வில்லையில் பொருந்தும் என்பதை நீங்களே கணக்கிட்டுக் கொள்ளலாம்.
TSMC போன்ற புனைவு ஆலைகள் இல்லையென்றால் இந்த யோசனைகளில் பலவும் சந்தைக்கு வர இயலாது
22:30 மேக்ஸ்லீனியரின் இந்தக் கதை சொந்தப் புனைவு ஆலை இல்லாத நிறுவனங்கள் ஏன் முக்கியமானவை என்பதைப் பற்றிய தெளிவான யோசனையை உங்களுக்குத் தரும். உங்களிடம் ஒரு நல்ல யோசனை இருந்தால், நீங்கள் ஒரு சில மில்லியன் டாலர்களை மட்டுமே முதலீடு செய்து வடிவமைப்பைச் செய்யலாம் மற்றும் வெளிப்புற உற்பத்தி மற்றும் தொகுப்பு நிறுவனங்களைப் பயன்படுத்தி சில்லுகளைத் தயாரித்து வாங்கலாம். ஆனால் TSMC போன்ற புனைவு மட்டுமே செய்யும் ஆலைகள் இல்லையென்றால் அதிக மூலதன முதலீடு காரணமாக இந்த யோசனைகளில் பலவும் சந்தைக்கு வரவே இயலாது. எனவே, புனைவு ஆலைக்கும் வடிவமைப்பாளருக்கும் இடையே ஒரு கூட்டுவாழ்வு உறவு (symbiotic relationship) உள்ளது.
தமிழாக்கம்: இரா. அசோகன்