عبور از مرز حساس: اقتصاد جدید تولید نیمهرساناها
صنعتِ تراشه از نقطهٔ عطفی عبور کرده است که در آن مقیاسپذیری فزاینده دیگر با کاهشِ هزینههای تولید همراه نیست. رسیدن به گرهٔ ساختِ ۲نانومتری تنها یک چالشِ مهندسی نیست، بلکه تعریفی جدید از سرمایهگذاری در فناوری به دست میدهد. بر اساس جدیدترین گزارشِ گروهِ مشاورهٔ بوستون (BCG)، پارادایمِ اقتصادیِ تولیدِ نیمهرساناها از سال۲۰۲۰ دگرگون شده است. حالا ساختوبهرهبرداری از یک کارخانهٔ پیشرفته که بتواند تراشههای ۲نانومتری تولید کند، موانعِ ورود به بازی را بهشدت جابجا کرده است.
هزینههای ساختِ یک فبِ ۲نانومتری به چه اندازه خواهد بود؟
آغازِ خاکبرداری برای یک خطتولید لاجیکِ پیشرفته دیگر شبیهِ دو سال پیش نیست. برآوردِ شرکتِ استراتژیهای بینالمللیِ کسبوکار (IBS) نشان میدهد که راهاندازیِ یک فب با ظرفیتِ ۵۰,۰۰۰ویفر در ماه (WSPM) در گرهٔ ۲نانومتری، به حدودِ ۲۸میلیارد دلار سرمایه نیاز دارد. این رقم در مقایسه با هزینهٔ ۲۰میلیارد دلاری برای نسلِ ۳نانومتری جهشی آشکار در موانعِ اقتصادی محسوب میشود.
موتورِ اصلیِ این تورمِ هزینهها، فشارِ بیسابقه بر تجهیزاتِ لیتوگرافی است. برای حفظِ ظرفیتِ تولید در مقیاسِ زیرِ ۲نانومتر، کارخانهها نیازِ شدیدی به ماشینآلاتِ نسلِ بعدی دارند. دستگاههای لیتوگرافی High-NA EUV که قرار است از سال۲۰۲۵ واردِ خطتولید انبوه شوند، قیمتِ تقریباً دو برابر دستگاههای فعلی را دارند و هر یک بیش از ۱۵۰میلیون دلار ارزشگذاری میشوند. تنها خریدِ این تجهیزات بهتنهایی بودجههای کلانِ سازندگان را به لرزه درمیآورد.
تورمِ زیرساخت و چالشهای ساختوساز
پیشرفت در گرهٔ تراشه تنها به لیتوگرافی ختم نمیشود. هر ابزارِ فرایندی در خطتولید، از حکاکی و رسوبگذاری گرفته تا مسطحسازی، نیازمندِ ارتقای جدی برای هندسههای کوچکتر است. بهطورِ تاریخی، انتقال به نسلِ جدید با افزایشِ ۵ تا ۱۵ درصدی در تعدادِ لایههای ماسک و مراحلِ فرایند همراه بوده است. این روند، تقاضا برای اتاقهایِ تمیزِ بزرگتر، استانداردهای ساختمانیِ سختگیرانهتر و ابزارهایِ بیشتر را رقم زده است.
خودِ هزینههای زیرساخت جهش کردهاند. قیمتِ ساختوساز در ایالاتِ متحده از سال۲۰۲۱ تا کنون با نرخِ مرکبِ ۶ درصدی و هزینهٔ موادِ اولیه با رشدِ ۲۵ درصدی سالانه روبهرو بوده است. ساختِ چنین کارخانههایی نیاز به متخصصانی دارد که بتوانند سیستمهایِ انتقالِ گازِ فوقحساس با استانداردهایِ میکروآلودگیِ صفر را نصب کنند. کمبودِ نیرویِ متخصص و محدودیتِ پروژههای مشابه در سالهای اخیر، دسترسی به این ظرفیتها را دشوارتر کرده است. در عینِ حال، الزاماتِ زیستمحیطیِ جدید مانندِ استفادهٔ اجباری از انرژیهایِ تجدیدپذیر، بازیافتِ آب و سیستمهایِ تصفیهٔ گازهایِ صنعتی، فشارِ مضاعفی بر کیفِ پولِ سازندگان وارد کرده است.
بهای دقت: قیمتِ تمامشدهٔ هر ویفر در نسلِ ۲نانومتری
اگر هزینهٔ ساختِ کارخانه نجومی بهنظر میرسد، قیمتِ پردازشِ هر ویفرِ سیلیکونی در آن مرزِ حساس است. شرکتِ TSMC تأیید کرده است که هزینهٔ هر ویفرِ ۳۰۰میلیمتری در گرهٔ N2 حدودِ ۳۰,۰۰۰دلار خواهد بود. این در حالی است که در سال۲۰۲۰ قیمتِ ویفرِ ۵نانومتری ۱۶,۹۸۸دلار و ویفرِ ۷نانومتری حدودِ ۹,۳۴۶دلار بود. این جهشِ قیمتی حدودِ ۷۷ درصد افزایش را نسبت به ویفرهایِ ۵نانومتریِ سال۲۰۲۰ نشان میدهد.
این شوکِ مالی، محاسباتِ شرکتهایِ تراشهساز و مشتریانِ نهایی را متحول میکند. وقتی هزینهٔ پایهٔ هر تراشه به این میزان میرسد، حاشیهٔ سود، استراتژیهایِ قیمتگذاریِ محصول و حتی طراحیِ سیستمهایِ خنککننده و مادربردها تحتِ تأثیرِ مستقیم قرار میگیرد. سازندگان باید با مدیریتِ دقیقِ راندمانِ تولید و بهینهسازیِ معماری، این شکافِ مالی را پر کنند تا تراشههایِ ۲نانومتری در حوزههایِ هوشِ مصنوعی، موبایل و دادهکاوی از اقتصاد خارج نشوند.
آیندهٔ اقتصادِ نیمهرساناها در مسیرِ رقابتهایِ نسلبعدی
عبور از این قلهٔ مالی و مهندسی، بازیگرانِ صنعت را مجدداً مرتب میکند. تنها شرکتهایِ قدرتمند قادر خواهند بود سرمایه و ریسک را متحمل شوند. این تمرکزِ مالی احتمالِ ادغامِ بازار، رقابتِ شدید بر سرِ مالکیتِ الیگوپولی و فشار بر دولتها برای یارانههایِ نیمهرسانایی یا سیاستهایِ ایمنیِ زنجیرهٔ تأمین را افزایش میدهد. در مقابل، پیشرفتهایِ نرمافزاری و الگوهایِ طراحیِ چپستیک ممکن است بهعنوانِ بازویِ کمکی برای مدیریتِ این هزینههایِ سنگین عمل کنند. صنعت در دوراهی قرار دارد: ادامهٔ مسیرِ مینیاتوریسازی با هزینههایِ فزاینده، یا کشفِ مسیرهایِ نوینِ مهندسی که عملکردِ بالاتر را با منطقِ اقتصادیِ متفاوتی ارائه دهند. پاسخِ این پرسش، معمارِ آیندهٔ دیجیتالیِ جهان را تعیین خواهد کرد.
