Yarı iletken kıtlığı, otomobil üreticilerini ve teknoloji devlerini ciddi şekilde sarsıyor. 

Washington'dan Brüksel'e ve Pekin'e kadar alarm zilleri çalıyor. Herkes aynı soruyu soruyor: Neden daha fazla bilgisayar çipi yapamıyoruz?

Sorunun hem basit bir cevabı hem de karmaşık bir yanıtı var. Basit versiyon, çip yapmak inanılmaz derecede zor ve daha da zorlaşıyor.

Sektör çalışanlarının yaptıkları esprilerde, "Bu roket bilimi değil, çok daha zoru" ifadesini kullanıyor.

Daha karmaşık bir cevapsa, yarı iletkenler için fabrikasyon tesisleri kurmak milyarlarca dolara mal oluyor ve fabrikaların inşa süreci yıllar alıyor. Üstelik ekonomi o kadar acımasız ki, üretimde uzmanlığınız rekabet şartlarının gerisinde kalırsa yaptığınız yatırıma rağmen kaybedebilirsiniz. 

Intel’in emekliye ayrılan eski patronu Craig Barrett, şirketinin mikro işlemcilerini şimdiye kadar insanoğlunun yaptığı en karmaşık cihazlar olarak adlandırmıştı.

Bu nedenle, ülkeler yarı iletkende kendi kendine yeterlilik elde etmekte büyük zorluklarla karşı karşıya kalıyor. ABD Başkanı Joe Biden, yerli üretimi yeniden canlandırarak, çiplerde güvenli bir Amerikan tedarik zinciri kurma sözü verirken, Çin, son beş yıllık planında çip bağımsızlığını en önemli ulusal öncelik olarak sıranın başına koydu. Avrupa Birliği de kendi çiplerini yapmak için önlemler alıyor. 

Bir çip üretmek genellikle üç aydan fazla sürer ve tozsuz odalar, multimilyon dolarlık makineler ve lazerlerle dev fabrikaların kurulmasını gerektirir. Nihai amaç, düz kumdan çıkarılan bir element olan silikon tabakalarını, devrenin temelini oluşturan ve sonunda bir telefon, bilgisayar, araba, çamaşır makinesi veya uyduya yerleştirilecek, ‘transistör’ adı verilen milyarlarca küçük anahtarlardan oluşan bir ağa dönüştürmektir.

Bilgisayar çiplerinin çoğu, yazılımı çalıştıran, verileri işleyen ve elektronik cihazların işlevlerini kontrol eden devre gruplarıdır. 

Çip şirketleri, çiplere daha fazla transistör yerleştirmeye, performansı artırmaya ve cihazları daha verimli hale getirmeye çalışıyor. Intel’in ilk mikroişlemcisi olan 4004, 1971'de piyasaya sürüldü ve 10 mikron, diğer bir ifadeyle metrenin 10 milyonda biri kadar düğüm boyutuna sahip olarak yalnızca 2.300 transistör içeriyordu. Ancak Intel'in sonraki on yıllardaki tartışmasız liderliği, Tayvan Semiconductor Manufacturing (TSMC) ve Samsung Electronics gibi rakipleri daha iyi transistörlere sahip çipler üretmeye başladığında 2015-2020 yılları arasında sona erdi: Bu çiplerin boyutları 5 nanometre, yani metrenin 5 milyarda biridir. (Karşılaştırma yapmak için, ortalama bir insan saçı 100.000 nanometre genişliğindedir.)

Çip üretimi ameliyat ortamından daha steril bir fabrikayı gerekli kılıyor

Silikonu çip yapma makinelerine koymadan önce çok temiz bir odaya ihtiyacınız vardır. Transistörler, bir virüsten çok daha küçüktür. Sadece bir toz zerresi hasara ve milyonlarca dolarlık boşa harcanan çabaya neden olabilir. Bu riski azaltmak için çip üreten makineler temelde toz bulunmayan odalara yerleştirilir.

Bu ortamı korumak için, hava sürekli olarak filtrelenir ve çok az kişinin içeri girmesine izin verilir. Bir çip üretim hattında (baştan ayağa koruyucu ekipman giymiş) birden fazla çalışan belirirse, bu bir şeylerin ters gittiğinin bir işareti olabilir. 

Yarı iletken tasarımlarının ve geliştiricilerinin arkasında gerçek dahiler kilometrelerce öteden çalışır.

Tüm bu önlemlere rağmen gofret silikonlara insanlar kesinlikle dokunmamalıdır ve gofret slikonlar havaya maruz kalmamalıdır. Gofret silikonlar fabrikaların tavanına döşenmiş raylar üzerinde çalışan robotlar tarafından taşınan kartuşlarla makineler arasında hareket eder. Gofretler yalnızca makinelerin içindeyken bu kartuşların güvenli ortamından çıkarlar.

Atom seviyesindeki üretim çipleri 100 katmana kadar malzemeden oluşur. Bunlar, tüm küçük transistörleri birbirine bağlayan karmaşık üç boyutlu yapılar oluşturmak için biriktirilir, ardından kısmen çıkarılır. Bu katmanlardan bazıları yalnızca bir atom inceliğindedir. Applied Materials, Lam Research ve Tokyo Electron tarafından üretilen makineler, bunun gerçekleşmesi için sıcaklık, basınç ve elektrik ve manyetik alan gibi bir dizi değişkeni kontrol eder. Sürecin en zor kısımlarından biri ASML Holding tarafından üretilen makinelerle işlenen litografidir. Şirketin ekipmanları, silikon üzerinde biriktirilen malzemelerle işlenecek desenleri yakmak için ışık kullanır. Bu modeller sonunda transistörlere dönüşür. Bunların hepsi o kadar küçük bir ölçekte olur ki, uzayda doğal olarak oluşan aşırı ultraviyole ışık kullanılır. Ultraviyole ışığı kontrollü bir ortamda yeniden yaratmak için ASML makineleri, bir lazer darbesiyle erimiş kalay damlacıklarına ateş açar. Metal buharlaştıkça gerekli EUV (Aşırı Ultraviyole Radyasyon) ışığını yayar. Ama bu bile yeterli değildir. Işığı daha ince bir dalga boyuna odaklamak için aynalara ihtiyaç vardır.

Çip fabrikaları maliyetler nedeniyle haftanın yedi günü 24 saat çalışır. Ayda 50.000 gofret silikon üreten başlangıç seviyesindeki bir fabrika inşa etmek yaklaşık 15 milyar dolara mal oluyor. Bu rakamın büyük bir kısmı özel ekipman için harcanıyor.

Bu yatırımın çoğunu dünyada sadece üç şirket (Intel, Samsung ve TSMC) yapmaktadır. Fabrikaları daha gelişmiştir ve her birinin maliyeti 20 milyar doların üzerindedir. Bu yıl TSMC, yeni tesisler ve ekipmanlara 28 milyar dolar harcayacak. ABD hükümeti yerli çip üretimini destekleyen bir yasa tasarısını geçirdiğinde yasa beş yıl içinde sadece ve toplam 50 milyar dolarlık yatırım yapılmasını sağlayacak. Tüm bu parayı dev tesisler inşa etmek için harcadığınızda, bu tesisler beş yıl veya daha kısa bir sürede modası geçmiş hale geliyor. Para kaybetmekten kaçınmak için çip üreticilerinin her tesisten 3 milyar dolar kâr elde etmesi gerekiyor. Ancak şimdiye kadar yalnızca en büyük şirketler, özellikle geçen yıl 188 milyar dolar gelir elde eden ilk üç şirket birden fazla tesis kurmayı başarabilmiştir.

Endüstrinin acımasız ekonomisi, giderek daha az şirketin bu koşullara ayak uydurabileceğini gösteriyor. Her yıl yaklaşık 1,4 milyar akıllı telefon işlemcisinin çoğu TSMC tarafından üretiliyor. Intel, bilgisayar işlemcileri için pazarın % 80'ine sahiptir. Samsung, bellek çiplerine hakimdir. Sonuç olarak, Çin dahil diğer herkes için bu pazara girmek hiç de kolay değil.

Kaynak: Ian King, Adrian Leung, Demetrios Pogkas - Bloomberg- 06.05.2021
Haberin ayrıntılarına Bloomberg’den ulaşabilirsiniz.