अर्धचालक आधुनिक सभ्यता की अदृश्य रीढ़ हैं। स्मार्टफ़ोन और इलेक्ट्रिक वाहनों से लेकर क्लाउड कंप्यूटिंग और कृत्रिम बुद्धि तक,लगभग हर महत्वपूर्ण तकनीक अर्धचालक नवाचार पर निर्भर करती हैहालांकि, उद्योग अब एक नए चरण में प्रवेश कर रहा है जो केवल चिप्स को छोटा और तेज़ बनाने से परे है।
केवल ट्रांजिस्टर स्केलिंग से प्रेरित होने के बजाय, अर्धचालक प्रगति का अगला दशक चार परस्पर जुड़े स्तंभों द्वारा आकार दिया जाएगा:
तीसरी पीढ़ी की अर्धचालक सामग्री
एआई के लिए उन्नत कम्प्यूटिंग चिप्स
रेडियो फ्रीक्वेंसी (आरएफ) संचार चिप्स
उच्च बैंडविड्थ मेमोरी (एचबीएम)
इन चार क्षेत्रों के साथ मिलकर, यह परिभाषित करेगा कि ऊर्जा का प्रबंधन कैसे किया जाता है, बुद्धि की गणना कैसे की जाती है, सूचना कैसे प्रेषित की जाती है, और डेटा कैसे संग्रहीत किया जाता है।
दशकों से, सिलिकॉन (Si) ने अर्धचालक उद्योग पर हावी रहा है। इसकी प्रचुरता, कम लागत और परिपक्व विनिर्माण पारिस्थितिकी तंत्र ने व्यक्तिगत कंप्यूटरों, मोबाइल उपकरणों,और इंटरनेटहालांकि, जैसे-जैसे उद्योग विद्युतीकरण, नवीकरणीय ऊर्जा और उच्च-प्रदर्शन कंप्यूटिंग की ओर बढ़ते हैं, अकेले सिलिकॉन अब पर्याप्त नहीं है।
इसने व्यापक बैंडगैप अर्धचालकों, मुख्य रूप से सिलिकॉन कार्बाइड (SiC) और गैलियम नाइट्राइड (GaN) के उद्भव का कारण बना है, जिन्हें सामूहिक रूप से तीसरी पीढ़ी के अर्धचालकों के रूप में जाना जाता है।
पहली पीढ़ी ️ सिलिकॉन (Si):
परिपक्व प्रौद्योगिकी
कम लागत और उच्च विश्वसनीयता
निम्न से मध्यम वोल्टेज और आवृत्ति अनुप्रयोगों के लिए उपयुक्त
दूसरी पीढ़ी √ गैलियम आर्सेनइड (GaAs):
उच्च आवृत्ति प्रदर्शन
वायरलेस संचार, उपग्रहों और ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक्स में व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है
तीसरी पीढ़ी ∙ SiC और GaN:
सिलिकॉन की तुलना में बहुत व्यापक बैंडगैप
उच्च ब्रेकडाउन वोल्टेज
बेहतर थर्मल स्थिरता
कम ऊर्जा हानि
इलेक्ट्रिक वाहनों, नवीकरणीय ऊर्जा और उच्च शक्ति वाले इलेक्ट्रॉनिक्स के लिए आदर्श
सीआईसी में सिलिकॉन की तुलना में लगभग तीन गुना बैंडगैप और लगभग दस गुना अधिक टूटने वाला विद्युत क्षेत्र है। इससे इसे कई फायदे मिलते हैंः
शक्ति रूपांतरण में उच्च दक्षता
छोटे और हल्के बिजली उपकरण
बेहतर गर्मी प्रतिरोध
उच्च वोल्टेज प्रणालियों में कम ऊर्जा हानि
नतीजतन, SiC निम्नलिखित में एक प्रमुख सामग्री बन रहा हैः
इलेक्ट्रिक वाहन इन्वर्टर
सौर ऊर्जा इन्वर्टर
पवन ऊर्जा प्रणाली
फास्ट चार्जिंग इन्फ्रास्ट्रक्चर
स्मार्ट ग्रिड
प्रमुख वैश्विक कंपनियां अब विस्तार के लिए दौड़ रही हैं8 इंच का सीआईसी वेफर उत्पादन, जो लागत में कमी और बड़े पैमाने पर अपनाने के लिए महत्वपूर्ण है। जबकि प्रारंभिक नेतृत्व अमेरिका, जापान और यूरोप से आया था, चीनी निर्माता तेजी से आगे बढ़ रहे हैं,सीआईसी को वास्तव में वैश्विक रणनीतिक उद्योग बनाना.
GaN SiC से भी अधिक इलेक्ट्रॉन गतिशीलता प्रदान करता है, जो इसे विशेष रूप से आकर्षक बनाता हैः
डाटा सेंटर
तेज़ चार्जर
5जी बेस स्टेशन
नवीकरणीय ऊर्जा प्रणाली
हालांकि, सीआईसी की तुलना में गैएन को थर्मल प्रबंधन में अभी भी चुनौतियों का सामना करना पड़ता है। इसके बावजूद, इसका बाजार विशेष रूप से उपभोक्ता इलेक्ट्रॉनिक्स और उच्च आवृत्ति बिजली उपकरणों में बेहद तेजी से बढ़ रहा है।
कुल मिलाकर, तीसरी पीढ़ी के अर्धचालक केवल क्रमिक सुधार नहीं हैं, वे वैश्विक अर्थव्यवस्था में बिजली के प्रबंधन में संरचनात्मक बदलाव का प्रतिनिधित्व करते हैं।
कृत्रिम बुद्धिमत्ता मूल रूप से एक कम्प्यूटेशनल समस्या है। गहरी शिक्षा की तेजी से प्रगति न केवल बेहतर एल्गोरिदम के कारण संभव हुई है, बल्कि अधिक शक्तिशाली हार्डवेयर के कारण भी।
आज, जीपीयू (ग्राफिक्स प्रोसेसिंग यूनिट) अपनी समानांतर प्रसंस्करण क्षमता के कारण एआई प्रशिक्षण के लिए प्रमुख मंच बन गए हैं।
पारंपरिक सीपीयू की तुलना में, जीपीयू एक साथ हजारों ऑपरेशनों को संसाधित कर सकते हैं, जिससे वे तंत्रिका नेटवर्क और बड़े पैमाने पर डेटा प्रसंस्करण के लिए आदर्श हैं।
उन्नत कम्प्यूटिंग चिप्स में मुख्य रुझानों में शामिल हैंः
उच्च प्रदर्शन प्रति वाट
बड़ी ऑन-चिप और ऑफ-चिप मेमोरी
अधिक विशिष्ट एआई त्वरक
कम्प्यूटिंग और मेमोरी के बीच अधिक निकटता से एकीकरण
भविष्य में, हम संभवतः देखेंगे:
अधिक कस्टम एआई चिप्स (एएसआईसी)
ऊर्जा कुशल एज एआई प्रोसेसर
सीपीयू, जीपीयू और एआई त्वरक को जोड़ने वाली हाइब्रिड आर्किटेक्चर
इसका अर्थ है कि अर्धचालक नवाचार उपभोक्ता इलेक्ट्रॉनिक्स के बजाय एआई की जरूरतों से अधिक प्रेरित होगा।
रेडियो फ्रीक्वेंसी (आरएफ) प्रौद्योगिकी वायरलेस संचार की रीढ़ है। यह सक्षम करती हैः
5जी और भविष्य के 6जी नेटवर्क
उपग्रह संचार
रडार प्रणाली
वस्तुओं का इंटरनेट (IoT)
स्वायत्त वाहन
आरएफ एकीकृत सर्किट (आरएफआईसी) एक ही चिप पर एम्पलीफायर, फिल्टर और मॉड्यूलेटर जैसे प्रमुख घटकों को एकीकृत करते हैं, आकार और बिजली की खपत को कम करते हुए प्रदर्शन में सुधार करते हैं।
आरएफ चिप्स के लिए भविष्य की दिशाओं में शामिल हैंः
उच्च कार्य आवृत्तियाँ (मिलीमीटर तरंग और उससे आगे)
कम बिजली की खपत
डिजिटल प्रसंस्करण के साथ बेहतर एकीकरण
संचार और संवेदन का संयोजन
इसका मतलब है कि आरएफ चिप्स न केवल डेटा प्रसारित करेंगे बल्कि स्मार्ट शहरों, रोबोटिक्स और स्वायत्त ड्राइविंग में उन्नत धारणा प्रणालियों को भी सक्षम करेंगे।
जैसे-जैसे एआई मॉडल बड़े होते हैं, डेटा आंदोलन की गति कच्ची कंप्यूटिंग शक्ति के समान महत्वपूर्ण हो जाती है। पारंपरिक मेमोरी प्रौद्योगिकियां अब अत्याधुनिक एआई प्रणालियों के लिए पर्याप्त नहीं हैं।
हाई-बैंडविड्थ मेमोरी (एचबीएम) इस समस्या को कई डीआरएएम परतों को लंबवत रूप से ढेर करके हल करती है, जिससे मेमोरी और प्रोसेसर के बीच बहुत तेज़ डेटा पथ बनता है।
एचबीएम के लाभों में निम्नलिखित शामिल हैंः
अति उच्च डेटा हस्तांतरण दरें
कम बिजली की खपत
कम विलंबता
कॉम्पैक्ट डिजाइन
नतीजतन, एचबीएम डेटा केंद्रों और एआई सुपरकंप्यूटरों में उपयोग किए जाने वाले हाई-एंड जीपीयू के लिए मानक मेमोरी तकनीक बन गई है।
आने वाले वर्षों में, विश्व स्तर पर एआई निवेश के साथ ही एचबीएम की मांग में तेजी आने की उम्मीद है।
अर्धचालकों का भविष्य एक सफलता से नहीं, बल्कि चार प्रमुख क्षेत्रों के अभिसरण से परिभाषित होगा:
सामग्री दक्षता और स्थायित्व निर्धारित करती है (तीसरी पीढ़ी के अर्धचालक)
चिप्स बुद्धि निर्धारित करते हैं (एआई त्वरक और जीपीयू)
आरएफ कनेक्टिविटी निर्धारित करता है (वायरलेस संचार चिप्स)
मेमोरी प्रदर्शन निर्धारित करती है (एचबीएम और उन्नत भंडारण)
इन चार स्तंभों पर काबू पाने वाले देश और कंपनियां स्वच्छ ऊर्जा से लेकर कृत्रिम बुद्धि तक, स्मार्ट शहरों से लेकर स्वायत्त प्रणालियों तक प्रौद्योगिकी के अगले युग को आकार देंगी।
अर्धचालक आधुनिक सभ्यता की अदृश्य रीढ़ हैं। स्मार्टफ़ोन और इलेक्ट्रिक वाहनों से लेकर क्लाउड कंप्यूटिंग और कृत्रिम बुद्धि तक,लगभग हर महत्वपूर्ण तकनीक अर्धचालक नवाचार पर निर्भर करती हैहालांकि, उद्योग अब एक नए चरण में प्रवेश कर रहा है जो केवल चिप्स को छोटा और तेज़ बनाने से परे है।
केवल ट्रांजिस्टर स्केलिंग से प्रेरित होने के बजाय, अर्धचालक प्रगति का अगला दशक चार परस्पर जुड़े स्तंभों द्वारा आकार दिया जाएगा:
तीसरी पीढ़ी की अर्धचालक सामग्री
एआई के लिए उन्नत कम्प्यूटिंग चिप्स
रेडियो फ्रीक्वेंसी (आरएफ) संचार चिप्स
उच्च बैंडविड्थ मेमोरी (एचबीएम)
इन चार क्षेत्रों के साथ मिलकर, यह परिभाषित करेगा कि ऊर्जा का प्रबंधन कैसे किया जाता है, बुद्धि की गणना कैसे की जाती है, सूचना कैसे प्रेषित की जाती है, और डेटा कैसे संग्रहीत किया जाता है।
दशकों से, सिलिकॉन (Si) ने अर्धचालक उद्योग पर हावी रहा है। इसकी प्रचुरता, कम लागत और परिपक्व विनिर्माण पारिस्थितिकी तंत्र ने व्यक्तिगत कंप्यूटरों, मोबाइल उपकरणों,और इंटरनेटहालांकि, जैसे-जैसे उद्योग विद्युतीकरण, नवीकरणीय ऊर्जा और उच्च-प्रदर्शन कंप्यूटिंग की ओर बढ़ते हैं, अकेले सिलिकॉन अब पर्याप्त नहीं है।
इसने व्यापक बैंडगैप अर्धचालकों, मुख्य रूप से सिलिकॉन कार्बाइड (SiC) और गैलियम नाइट्राइड (GaN) के उद्भव का कारण बना है, जिन्हें सामूहिक रूप से तीसरी पीढ़ी के अर्धचालकों के रूप में जाना जाता है।
पहली पीढ़ी ️ सिलिकॉन (Si):
परिपक्व प्रौद्योगिकी
कम लागत और उच्च विश्वसनीयता
निम्न से मध्यम वोल्टेज और आवृत्ति अनुप्रयोगों के लिए उपयुक्त
दूसरी पीढ़ी √ गैलियम आर्सेनइड (GaAs):
उच्च आवृत्ति प्रदर्शन
वायरलेस संचार, उपग्रहों और ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक्स में व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है
तीसरी पीढ़ी ∙ SiC और GaN:
सिलिकॉन की तुलना में बहुत व्यापक बैंडगैप
उच्च ब्रेकडाउन वोल्टेज
बेहतर थर्मल स्थिरता
कम ऊर्जा हानि
इलेक्ट्रिक वाहनों, नवीकरणीय ऊर्जा और उच्च शक्ति वाले इलेक्ट्रॉनिक्स के लिए आदर्श
सीआईसी में सिलिकॉन की तुलना में लगभग तीन गुना बैंडगैप और लगभग दस गुना अधिक टूटने वाला विद्युत क्षेत्र है। इससे इसे कई फायदे मिलते हैंः
शक्ति रूपांतरण में उच्च दक्षता
छोटे और हल्के बिजली उपकरण
बेहतर गर्मी प्रतिरोध
उच्च वोल्टेज प्रणालियों में कम ऊर्जा हानि
नतीजतन, SiC निम्नलिखित में एक प्रमुख सामग्री बन रहा हैः
इलेक्ट्रिक वाहन इन्वर्टर
सौर ऊर्जा इन्वर्टर
पवन ऊर्जा प्रणाली
फास्ट चार्जिंग इन्फ्रास्ट्रक्चर
स्मार्ट ग्रिड
प्रमुख वैश्विक कंपनियां अब विस्तार के लिए दौड़ रही हैं8 इंच का सीआईसी वेफर उत्पादन, जो लागत में कमी और बड़े पैमाने पर अपनाने के लिए महत्वपूर्ण है। जबकि प्रारंभिक नेतृत्व अमेरिका, जापान और यूरोप से आया था, चीनी निर्माता तेजी से आगे बढ़ रहे हैं,सीआईसी को वास्तव में वैश्विक रणनीतिक उद्योग बनाना.
GaN SiC से भी अधिक इलेक्ट्रॉन गतिशीलता प्रदान करता है, जो इसे विशेष रूप से आकर्षक बनाता हैः
डाटा सेंटर
तेज़ चार्जर
5जी बेस स्टेशन
नवीकरणीय ऊर्जा प्रणाली
हालांकि, सीआईसी की तुलना में गैएन को थर्मल प्रबंधन में अभी भी चुनौतियों का सामना करना पड़ता है। इसके बावजूद, इसका बाजार विशेष रूप से उपभोक्ता इलेक्ट्रॉनिक्स और उच्च आवृत्ति बिजली उपकरणों में बेहद तेजी से बढ़ रहा है।
कुल मिलाकर, तीसरी पीढ़ी के अर्धचालक केवल क्रमिक सुधार नहीं हैं, वे वैश्विक अर्थव्यवस्था में बिजली के प्रबंधन में संरचनात्मक बदलाव का प्रतिनिधित्व करते हैं।
कृत्रिम बुद्धिमत्ता मूल रूप से एक कम्प्यूटेशनल समस्या है। गहरी शिक्षा की तेजी से प्रगति न केवल बेहतर एल्गोरिदम के कारण संभव हुई है, बल्कि अधिक शक्तिशाली हार्डवेयर के कारण भी।
आज, जीपीयू (ग्राफिक्स प्रोसेसिंग यूनिट) अपनी समानांतर प्रसंस्करण क्षमता के कारण एआई प्रशिक्षण के लिए प्रमुख मंच बन गए हैं।
पारंपरिक सीपीयू की तुलना में, जीपीयू एक साथ हजारों ऑपरेशनों को संसाधित कर सकते हैं, जिससे वे तंत्रिका नेटवर्क और बड़े पैमाने पर डेटा प्रसंस्करण के लिए आदर्श हैं।
उन्नत कम्प्यूटिंग चिप्स में मुख्य रुझानों में शामिल हैंः
उच्च प्रदर्शन प्रति वाट
बड़ी ऑन-चिप और ऑफ-चिप मेमोरी
अधिक विशिष्ट एआई त्वरक
कम्प्यूटिंग और मेमोरी के बीच अधिक निकटता से एकीकरण
भविष्य में, हम संभवतः देखेंगे:
अधिक कस्टम एआई चिप्स (एएसआईसी)
ऊर्जा कुशल एज एआई प्रोसेसर
सीपीयू, जीपीयू और एआई त्वरक को जोड़ने वाली हाइब्रिड आर्किटेक्चर
इसका अर्थ है कि अर्धचालक नवाचार उपभोक्ता इलेक्ट्रॉनिक्स के बजाय एआई की जरूरतों से अधिक प्रेरित होगा।
रेडियो फ्रीक्वेंसी (आरएफ) प्रौद्योगिकी वायरलेस संचार की रीढ़ है। यह सक्षम करती हैः
5जी और भविष्य के 6जी नेटवर्क
उपग्रह संचार
रडार प्रणाली
वस्तुओं का इंटरनेट (IoT)
स्वायत्त वाहन
आरएफ एकीकृत सर्किट (आरएफआईसी) एक ही चिप पर एम्पलीफायर, फिल्टर और मॉड्यूलेटर जैसे प्रमुख घटकों को एकीकृत करते हैं, आकार और बिजली की खपत को कम करते हुए प्रदर्शन में सुधार करते हैं।
आरएफ चिप्स के लिए भविष्य की दिशाओं में शामिल हैंः
उच्च कार्य आवृत्तियाँ (मिलीमीटर तरंग और उससे आगे)
कम बिजली की खपत
डिजिटल प्रसंस्करण के साथ बेहतर एकीकरण
संचार और संवेदन का संयोजन
इसका मतलब है कि आरएफ चिप्स न केवल डेटा प्रसारित करेंगे बल्कि स्मार्ट शहरों, रोबोटिक्स और स्वायत्त ड्राइविंग में उन्नत धारणा प्रणालियों को भी सक्षम करेंगे।
जैसे-जैसे एआई मॉडल बड़े होते हैं, डेटा आंदोलन की गति कच्ची कंप्यूटिंग शक्ति के समान महत्वपूर्ण हो जाती है। पारंपरिक मेमोरी प्रौद्योगिकियां अब अत्याधुनिक एआई प्रणालियों के लिए पर्याप्त नहीं हैं।
हाई-बैंडविड्थ मेमोरी (एचबीएम) इस समस्या को कई डीआरएएम परतों को लंबवत रूप से ढेर करके हल करती है, जिससे मेमोरी और प्रोसेसर के बीच बहुत तेज़ डेटा पथ बनता है।
एचबीएम के लाभों में निम्नलिखित शामिल हैंः
अति उच्च डेटा हस्तांतरण दरें
कम बिजली की खपत
कम विलंबता
कॉम्पैक्ट डिजाइन
नतीजतन, एचबीएम डेटा केंद्रों और एआई सुपरकंप्यूटरों में उपयोग किए जाने वाले हाई-एंड जीपीयू के लिए मानक मेमोरी तकनीक बन गई है।
आने वाले वर्षों में, विश्व स्तर पर एआई निवेश के साथ ही एचबीएम की मांग में तेजी आने की उम्मीद है।
अर्धचालकों का भविष्य एक सफलता से नहीं, बल्कि चार प्रमुख क्षेत्रों के अभिसरण से परिभाषित होगा:
सामग्री दक्षता और स्थायित्व निर्धारित करती है (तीसरी पीढ़ी के अर्धचालक)
चिप्स बुद्धि निर्धारित करते हैं (एआई त्वरक और जीपीयू)
आरएफ कनेक्टिविटी निर्धारित करता है (वायरलेस संचार चिप्स)
मेमोरी प्रदर्शन निर्धारित करती है (एचबीएम और उन्नत भंडारण)
इन चार स्तंभों पर काबू पाने वाले देश और कंपनियां स्वच्छ ऊर्जा से लेकर कृत्रिम बुद्धि तक, स्मार्ट शहरों से लेकर स्वायत्त प्रणालियों तक प्रौद्योगिकी के अगले युग को आकार देंगी।
