Intel CEO'su Pat Gelsinger, yarı iletkenleri petrole benzeterek, bilgisayar çiplerinin önümüzdeki yıllarda uluslararası ilişkilerde merkezi bir rol oynayacağını öne sürdü. “Petrol rezervleri son 50 yıldır jeopolitiği tanımladı.” Gelsinger, CNBC'ye verdiği bir röportajda, fabrikaların dijital bir gelecek için nerede olduğu daha önemli, dedi. Bu nedenle, yarı iletken endüstrisinin ekosistemini anlamak, geleceğin anahtarı olabilir.

Yarı iletken endüstrisi, modern dünyamıza güç veren çipleri oluşturmak için birlikte çalışan birden fazla oyuncuyu içeren karmaşık bir ekosistemdir. Yarı iletken endüstrisinin, 1947'de William Shockley, Walter Brattain ve John Bardeen tarafından Bell Laboratuarlarında ilk transistörlerin icadına dayanan uzun ve köklü bir tarihi var. O zamandan beri endüstri, artan performans ve işlevsellik getiren her yeni nesil yonga ile birkaç yenilik dalgası yaşadı. Örneğin, 1970'lerde bir CPU'nun işlevlerini tek bir çip üzerinde birleştiren mikroişlemcinin piyasaya sürülmesi, kişisel bilgisayarın gelişmesine yol açtı. Ve son zamanlarda, 10nm altı düğümlere geçiş, artık günlük hayatımızın ayrılmaz bir parçası olan akıllı telefonlar ve tabletler gibi güçlü mobil cihazların yaratılmasını sağladı. Ekosistemin kalbinde Intel, AMD, Nvidia, Microchip ve ARM gibi bir çipin mimarisini tasarlayan şirketler var. Bu şirketler, bir çipin elektronik devreleri ve bileşenleri için planları oluşturan mühendis ve tasarımcı ekiplerini kullanır. Oluşturdukları çipler, belirli uygulamalar için uyarlanmış mikrodenetleyiciler (MCU'lar), merkezi işlem birimleri (CPU'lar), grafik işleme birimleri (GPU'lar) veya uygulamaya özel tümleşik devreler (ASIC'ler) olabilir.

Bir çip oluşturma süreci oldukça karmaşık ve zaman alıcıdır ve birden fazla adım içerir. İlk olarak, çipin üzerine inşa edildiği alt tabaka olan silikon ince yarı iletken tabaka hazırlanır. Daha sonra tabaka, çipin çeşitli katmanları için desenler oluşturmak üzere kullanılacak ışığa duyarlı bir malzeme olan bir fotorezist katmanı ile kaplanır. Daha sonra, desenler litografi makinesi kullanılarak fotoreziste aktarılır ve fotorezistin istenmeyen kısımları çıkarılır. Bu işlem, her yinelemede çipe yeni bir katman ekleyerek birçok kez tekrarlanır. Çipin çeşitli katmanları oluşturulduktan sonra, istenmeyen malzemeyi çıkarmak için tabaka kazınır ve ardından transistörler ve diğer bileşenler oluşturulur. Çip tamamlandıktan sonra, düzgün çalıştığından emin olmak için test edilir ve ardından paketlenir. Paketleme işlemi, çipi koruyan ve diğer bileşenlere bağlanmayı kolaylaştıran yüzeye monte cihaz (SMD) veya bilyalı ızgara dizisi (BGA) paketleme gibi çeşitli teknikleri içerebilir.

Bir çip tasarımı tamamlandıktan sonra, imal edilmek üzere Taiwan Semiconductor Manufacturing Company (TSMC) gibi bir çip üretim merkezine gönderilir. Bu merkezler, gelişmiş fabrikasyon tekniklerini kullanarak çipleri fiilen üreten şirketlerdir. Küçük transistörleri ve bir çip oluşturan diğer bileşenleri oluşturmak için Imec gibi şirketler tarafından geliştirilen gelişmiş nanofabrikasyon tariflerini kullanıyorlar. Bu tarifler, bir çipin çeşitli katmanlarını oluşturmak için kullanılan kesin boyutları ve malzemeleri belirtir ve istenen performans ve işlevselliği elde etmek için bunlara tam olarak uyulmalıdır. Çip imalatında kullanılan temel ekipman parçalarından biri, bir çipin çeşitli katmanlarını tanımlayan kalıpları oluşturmak için kullanılan litografi makinesidir. En gelişmiş ve hassas litografi makineleri ASML adlı bir firma tarafından yapılıyor ve bu makineler 6nm'den düşük olanlar gibi en gelişmiş düğümler için kullanılıyor ve bu sayıyı 2.5nm'ye indirmek için çalışıyorlar.

Bu büyük oyunculara ek olarak, yarı iletken endüstrisi ekosisteminde önemli roller oynayan başka birçok şirket ve kuruluş da bulunmaktadır. Örneğin, Applied Materials ve Lam Research gibi ekipman satıcıları, çip üretiminde kullanılan araçları ve makineleri sağlar. Synopsys ve Cadence gibi yazılım şirketleri, çip devrelerini tasarlamak ve simüle etmek için kullanılan yazılım araçlarını sağlar. Semiconductor Research Corporation (SRC) ve International Technology Roadmap for Semiconductors (ITRS) gibi araştırma kurumları da inovasyonu yönlendirmeye ve sektöre yön vermeye yardımcı oluyor.

Sonuç olarak, yarı iletken endüstrisi, modern dünyamıza güç sağlayan çipleri yaratmak için birlikte çalışan birçok oyuncuyu içeren karmaşık bir ekosistemdir. Çip tasarımcılarından dökümhanelere, ekipman satıcılarından yazılım şirketlerine kadar sektör sürekli gelişiyor ve mümkün olanın sınırlarını zorluyor. Yarı iletken teknolojisinin sınırları zorlamaya devam etmesi ve daha gelişmiş yongalara olan talebin artmasıyla gelecekte bu alanda daha fazla yenilik görmeyi bekleyebiliriz. Bu ekosistemde bir oyuncu olmak kesinlikle zor ama petrol endüstrisinden farklı çünkü üzerinde kontrol sahibi olmadığınız coğrafi bir avantaja ihtiyacınız yok. Uzun vadeli bir hükümet politikası ve desteği ile uygun faktörleri kullanarak herhangi bir ülke bu ekosisteme dahil olabilir.

Referanslar

• Gelsinger, Pat. "Intel CEO: Making semiconductors in US is more important than oil reserves." CNBC, 23 March 2022, 
https://www.cnbc.com/2022/03/23/intel-ceo-making-semiconductors-in-us-is-more-important-than-oilreserves.html#:~:text=Intel%20CEO%20Pat%20Gelsinger%20on,for%20the%20last%20five%20decades. 
• "The Microprocessor Report" by Linley Gwennap ( https://www.linleygroup.com/mpr/ )
• "Semiconductor Industry Association" ( https://www.semiconductors.org/ )
• "Silicon Fabrication: Fundamentals, Metrology, and Technologies" by Zhiyong Fan (ISBN: 978-1119307848)
• "Advanced Lithography: The State of the Art" by J. J. Dubowski and P. W. Hawkes (ISBN: 978-0128095701)
• "ASML: Driving the Future of Technology" ( https://www.asml.com/ )