आज के सूचना प्रौद्योगिकी उद्योग के तीव्र विकास का आधार और प्रेरक शक्ति अर्धचालक हैं। ये आर्थिक और सामाजिक विकास के विभिन्न क्षेत्रों में व्यापक रूप से समाहित और एकीकृत हो चुके हैं। इनका तकनीकी स्तर और विकास का पैमाना किसी देश की औद्योगिक प्रतिस्पर्धात्मकता और समग्र राष्ट्रीय शक्ति को मापने के महत्वपूर्ण संकेतकों में से एक बन गया है।

2020 में, कोविड-19 महामारी के प्रभाव के कारण वैश्विक अर्थव्यवस्था में मंदी आई, लेकिन घर से काम करने और सीखने, और दूरस्थ बैठकों जैसी ज़रूरतों के चलते वैश्विक सेमीकंडक्टर बाज़ार ने इसके विपरीत वृद्धि दर्ज की। 2020 में, वैश्विक सेमीकंडक्टर बाज़ार 440 अरब अमेरिकी डॉलर तक पहुँच गया, जो पिछले वर्ष की तुलना में 6.8% की वृद्धि है। मेमोरी और विशेष प्रयोजन चिप्स जैसे सेमीकंडक्टर उत्पादों में तेज़ी का दौर शुरू हो गया है; चीन के एकीकृत सर्किट बाज़ार की मांग लगातार मज़बूत बनी हुई है, और वार्षिक एकीकृत सर्किट बाज़ार की बिक्री बढ़कर 1,633.97 अरब युआन हो गई है, जो पिछले वर्ष की तुलना में 8.26% की वृद्धि है। 2021 में बाज़ार के आकार में और वृद्धि होने की उम्मीद है।

एक “ऊपर की ओर सर्पिलाकार” विकास मॉडल

वैश्विक सेमीकंडक्टर बाजार का विकास "ऊपर की ओर सर्पिलाकार" मॉडल दर्शाता है और मंदी या गिरावट के बाद एक और मजबूत पुनर्प्राप्ति का अनुभव करेगा। वर्ष 2000 में, इंटरनेट बबल का विस्फोट हुआ, जिससे सेमीकंडक्टर उद्योग को दो साल के समायोजन काल से गुजरना पड़ा। उसके बाद, ऊर्जा के संचय और 12-इंच सिलिकॉन वेफर्स के आगमन के साथ, सेमीकंडक्टर बाजार का तेजी से विकास हुआ। वर्ष 2008 की चौथी तिमाही में वैश्विक वित्तीय संकट के प्रकोप ने सेमीकंडक्टर बाजार को एक अल्पकालिक समायोजन काल में प्रवेश करने के लिए प्रेरित किया।

2010 से, आईफोन और आईपैड जैसे मोबाइल टर्मिनलों के उदय ने मोबाइल इंटरनेट के युग की शुरुआत की, और सेमीकंडक्टर बाजार की विकास दर ऐतिहासिक रूप से उच्च स्तर पर पहुंच गई। मेमोरी बाजार में जबरदस्त उछाल के साथ, वैश्विक सेमीकंडक्टर बाजार 2017 में 400 अरब अमेरिकी डॉलर से अधिक हो गया। 2018 की दूसरी छमाही में, वैश्विक सेमीकंडक्टर बाजार एक बार फिर समायोजन के दौर में प्रवेश कर गया। 2019 में, सॉलिड-स्टेट स्टोरेज, स्मार्टफोन और पीसी की मांग में वृद्धि की धीमी गति, उच्च उत्पाद इन्वेंट्री और वैश्विक सेमीकंडक्टर मांग में गिरावट के कारण, मेमोरी बाजार की कीमतों में गिरावट आई। वैश्विक व्यापारिक तनावों के कारण बढ़ी अनिश्चितता के साथ, वैश्विक सेमीकंडक्टर बाजार 2019 में काफी संकुचित हो गया, जिसमें 12.0% की गिरावट दर्ज की गई। यह पिछले 15 वर्षों में वैश्विक सेमीकंडक्टर बाजार में सबसे बड़ी गिरावट भी है।

2020 में, कोविड-19 महामारी के प्रभाव के बावजूद, वैश्विक सेमीकंडक्टर बाजार में ज़बरदस्त सुधार हुआ और बाजार का आकार 440 अरब अमेरिकी डॉलर तक पहुंच गया, जो पिछले वर्ष की तुलना में 6.8% की वृद्धि है। मेमोरी और विशेष प्रयोजन वाले चिप्स जैसे सेमीकंडक्टर उत्पादों में तेज़ी आई है। पूरे उद्योग में, सबसे अधिक वृद्धि लॉजिक चिप्स (11.1%) में देखी गई, उसके बाद सेंसर (10.7%) और मेमोरी (10.4%) का स्थान रहा।

क्षेत्रीय संरचना के परिप्रेक्ष्य से देखें तो चीन लगातार कई वर्षों से विश्व का सबसे बड़ा सेमीकंडक्टर उपभोक्ता बाजार बना हुआ है। 2020 में चीन की बाजार हिस्सेदारी 34.4% के उच्चतम स्तर पर पहुंच गई। अमेरिका, यूरोप, जापान और अन्य बाजारों की हिस्सेदारी क्रमशः 21.7%, 8.5%, 8.3% और 27.1% रही। इनमें से अमेरिकी बाजार में 21.3% की मजबूत वृद्धि दर्ज की गई, एशिया-प्रशांत बाजार में 5.1% की वृद्धि हुई, जापान के बाजार में 1.3% की मामूली वृद्धि हुई और यूरोपीय बाजार में 5.8% की गिरावट आई। अमेरिकी बाजार की मजबूत वृद्धि का कारण यह है कि 2019 में अमेरिकी बाजार में सबसे बड़ी गिरावट दर्ज की गई, जो 23.7% थी और विश्व की तुलना में 11.7 प्रतिशत अंक अधिक थी; जापान में भी 10.0% की गिरावट आई; यूरोप, चीन और अन्य क्षेत्रों में क्रमशः 7.4%, 9.3% और 8.8% की गिरावट आई।

महामारी से प्रभावित होकर, कार्यालय और दूरस्थ शिक्षण जैसे अनुप्रयोगों में तेजी से वृद्धि हुई, जिससे डाउनस्ट्रीम बाजार में संचार और कंप्यूटर उत्पादों की मांग में तेजी से सुधार हुआ। 2020 में, संचार और कंप्यूटर अभी भी विश्व में अर्धचालकों के सबसे बड़े उपयोग के लिए जिम्मेदार हैं, जिनकी बाजार हिस्सेदारी क्रमशः 33.5% और 29.1% तक पहुंच गई है। 4G और 5G अनुप्रयोगों की लोकप्रियता से लाभान्वित होकर, संचार चिप की बाजार हिस्सेदारी 2010 में 22.2% से बढ़कर 2020 में 33.5% हो गई। वहीं दूसरी ओर, स्मार्टफोन और टैबलेट जैसे उभरते इलेक्ट्रॉनिक उत्पादों द्वारा पीसी की बाजार हिस्सेदारी लगातार कम होती जा रही है, जिसकी बाजार हिस्सेदारी 2010 में 40.9% से गिरकर 2019 में 29.1% हो गई है।

बाजार में प्रतिस्पर्धा दिन-प्रतिदिन तीव्र होती जा रही है।

वैश्विक सेमीकंडक्टर बाजार के लिए, 2020 एक उल्लेखनीय वर्ष है। आईबीएम द्वारा विकसित नई 2nm चिप बेहद आकर्षक है। यह चिप नैनोशीट स्टैक्ड ट्रांजिस्टर (जिन्हें GAA ट्रांजिस्टर के नाम से जाना जाता है) का उपयोग करके निर्मित की गई है। आज की सबसे उन्नत 7nm चिप की तुलना में, यह चिप 45% तक बेहतर प्रदर्शन और 75% तक ऊर्जा खपत में कमी लाएगी। आईबीएम का कहना है कि 2nm तकनीक का उपयोग करके नाखून के आकार की चिप में 50 अरब तक ट्रांजिस्टर समाहित किए जा सकते हैं।

सेमीकंडक्टर कंपनियों की राजस्व स्थिति भी उद्योग का मुख्य केंद्र है। 2020 में विश्व की शीर्ष दस सेमीकंडक्टर कंपनियों में से 6 अमेरिकी कंपनियां थीं। कुल राजस्व के संदर्भ में, शीर्ष दस कंपनियों के कुल मूल्य में से 59.2% हिस्सा संयुक्त राज्य अमेरिका की 6 कंपनियों का था, जबकि दक्षिण कोरिया की 2 कंपनियों का हिस्सा 32.4% था।

उद्योग श्रृंखला के परिप्रेक्ष्य से, 2020 में विश्व की शीर्ष दस सेमीकंडक्टर कंपनियों में से 6 आईडीएम कंपनियां हैं जिनका कुल बिक्री राजस्व 197.09 बिलियन अमेरिकी डॉलर है, जो शीर्ष दस कंपनियों की कुल बिक्री का 78.3% है; वहीं 4 डिजाइन कंपनियां हैं जिनका कुल बिक्री राजस्व 54.70 बिलियन अमेरिकी डॉलर है, जो शीर्ष दस कंपनियों की कुल बिक्री का 21.7% है।

2020 में, इंटेल ने सेमीकंडक्टर कंपनियों में राजस्व के मामले में विश्व में अपना अग्रणी स्थान बनाए रखा। इस वर्ष के राजस्व के साथ, इंटेल ने विश्व के सबसे बड़े सेमीकंडक्टर आपूर्तिकर्ता के रूप में अपनी स्थिति बरकरार रखी, जिसका सेमीकंडक्टर राजस्व 70.244 बिलियन अमेरिकी डॉलर रहा, जो पिछले वर्ष की तुलना में 3.7% की वृद्धि है। यह वृद्धि मुख्य रूप से इसके प्रमुख क्लाइंट और सर्वर सीपीयू व्यवसायों में हुई वृद्धि के कारण हुई। 2020 में विश्व की शीर्ष दस सेमीकंडक्टर कंपनियों में, मीडियाटेक ने पिछले वर्ष की तुलना में सबसे अधिक वृद्धि दर्ज की, उसके बाद एनवीडिया और क्वालकॉम का स्थान रहा। टेक्सास इंस्ट्रूमेंट्स एकमात्र ऐसी कंपनी थी जिसके राजस्व में गिरावट देखी गई।

इस वर्ष, वैश्विक सेमीकंडक्टर अनुसंधान एवं विकास व्यय को देखें तो, शीर्ष दस सेमीकंडक्टर कंपनियों के अनुसंधान एवं विकास निवेश व्यय में 11% की वृद्धि हुई है, जो कुल मिलाकर 43.5 बिलियन अमेरिकी डॉलर तक पहुंच गया है और उद्योग के कुल व्यय का 64% है। इससे पता चलता है कि अग्रणी कंपनियों की बाजार एकाग्रता और भी बढ़ गई है और बाजार प्रतिस्पर्धा और भी तीव्र हो गई है।

2020 की दूसरी छमाही में, वैश्विक सेमीकंडक्टर क्षेत्र में कुल पाँच बड़े पैमाने के विलय और अधिग्रहण तथा दस से अधिक छोटे पैमाने के विलय और अधिग्रहण हुए, जिनमें रिकॉर्ड 118 अरब अमेरिकी डॉलर का लेन-देन शामिल था। इस प्रकार, 2020 सेमीकंडक्टर विलय और अधिग्रहण के इतिहास में सबसे अधिक लेन-देन वाला वर्ष बन गया है। हालांकि, उपरोक्त विलय और अधिग्रहण की पूरी प्रक्रिया अभी तक पूरी नहीं हुई है। वैश्विक सेमीकंडक्टर उद्योग में विलय और अधिग्रहण की मात्रा में इस तीव्र वृद्धि का मुख्य कारण विभिन्न क्षेत्रों के दिग्गज निर्माताओं के बीच मजबूत गठबंधन हैं।

इससे पहले, एनालॉग चिप निर्माता एडीआई ने घोषणा की थी कि वह एनालॉग सिग्नल/हाइब्रिड कंपनी मैक्सिम इंटीग्रेटेड प्रोडक्ट्स को 21 अरब अमेरिकी डॉलर में अधिग्रहित करेगी; ग्राफिक्स कार्ड की दिग्गज कंपनी एनवीडिया ने सितंबर 2020 में घोषणा की थी कि वह प्रोसेसर आर्किटेक्चर प्रोटोकॉल आपूर्तिकर्ता आर्म को 40 अरब अमेरिकी डॉलर में अधिग्रहित करेगी। इससे पहले, आर्म जापान के सॉफ्टबैंक के नियंत्रण में थी। इसके अलावा, अमेरिका की इंटेल ने घोषणा की कि वह चीन में संचालित अपने नैंड फ्लैश मेमोरी व्यवसाय और 300 मिमी वेफर फैब को दक्षिण कोरिया की एसके हाइनिक्स को 9 अरब अमेरिकी डॉलर में बेचेगी; अमेरिका की एएमडी ने 29 अक्टूबर, 2020 को घोषणा की कि वह एफपीजीए आपूर्तिकर्ता ज़िलिंक्स को लगभग 35 अरब अमेरिकी डॉलर में अधिग्रहित करेगी, यह सौदा 2021 के अंत तक पूरा होने की उम्मीद है; उसी दिन, मार्वेल इलेक्ट्रॉनिक्स ने घोषणा की कि वह सिलिकॉन वैली आईसी आपूर्तिकर्ता इनफी को 10 अरब अमेरिकी डॉलर नकद और स्टॉक में अधिग्रहित करेगी। यह लेन-देन भी 2021 की दूसरी छमाही में पूरा हो जाएगा। उपर्युक्त लेन-देन अभी तक पूरा नहीं हुआ है और संबंधित नियामक प्राधिकरणों द्वारा इसकी समीक्षा की जा रही है।

मूर के बाद के युग में विघटनकारी प्रौद्योगिकियाँ

विषम एकीकरण, मूर युग के बाद की एक विशिष्ट विकास तकनीक है। इस तकनीक का प्रयोग पैकेजिंग के क्षेत्र में किया जाता है। यदि मांग पूरी होती है, तो चिपलेट तकनीक का उपयोग करके चिप के कार्यों को शीघ्रता और प्रभावी ढंग से पूरा किया जा सकता है। इस तकनीक के कई लाभ हैं, जैसे कि डिज़ाइन में कम कठिनाई, सुविधाजनक निर्माण और कम लागत।

इस दिशा ने चिप विकास को बिजली की खपत कम करने और प्रदर्शन बढ़ाने के अंधाधुंध प्रयासों से हटकर बाजार की मांगों को पूरा करने की दिशा में अधिक व्यावहारिक रूप से आगे बढ़ने में सक्षम बनाया है। कई कंपनियों के पास "कोर पार्टिकल्स" के लिए योजनाएं हैं। उदाहरण के लिए, इंटेल ने फोवेरोस तकनीक लॉन्च की है जो लॉजिक चिप्स और मेमोरी चिप्स को 3डी पैकेज कर सकती है; टीएसएमसी ने मल्टी-चिप स्टैकिंग एसओसी तकनीक लॉन्च की है जो वेफर-टू-वेफर बॉन्डिंग हासिल कर सकती है। साथ ही, यह तकनीक मूर युग के बाद चीन के सेमीकंडक्टर उद्योग के लिए एक प्रमुख विकास तकनीक भी है।

RISC-V आर्किटेक्चर MCU, MCU बाजार की संरचना में बदलाव लाएगा। RISC-V, मानक लूज़ BSD लाइसेंस पर आधारित है, जो आपको CPU डिज़ाइन का स्वतंत्र रूप से उपयोग करने, अपना खुद का विस्तारित इंस्ट्रक्शन सेट विकसित करने और जोड़ने, और इसे सार्वजनिक रूप से जारी करने, व्यावसायिक रूप से बेचने, अन्य लाइसेंस समझौतों को बदलने या पूरी तरह से क्लोज्ड सोर्स के रूप में उपयोग करने का विकल्प चुनने की अनुमति देता है। RISC-V वर्तमान में AIoT के लिए सबसे उपयुक्त है और चीन में ARM आर्किटेक्चर प्रोसेसर के साथ प्रतिस्पर्धा करने और RISC-V इकोसिस्टम बनाने की उम्मीद है, और MCU, RISC-V के लिए सबसे अच्छे अनुप्रयोग क्षेत्रों में से एक है। ओपन सोर्स, कम बिजली खपत और कम लागत के फायदों के साथ, RISC-V आर्किटेक्चर MCU, ARM आर्किटेक्चर MCU पर प्रभाव डालेंगे और बाजार में नए बदलाव लाएंगे।

फोटोनिक चिप्स चिप विकास के लिए एक नया मार्ग प्रशस्त कर सकती हैं। फोटोनिक चिप्स ऐसी चिप्स हैं जो डेटा अधिग्रहण, संचरण, गणना, भंडारण और प्रदर्शन के लिए ऑप्टिकल संकेतों का उपयोग करती हैं। वर्तमान में, फोटोनिक चिप्स का उपयोग ऑप्टिकल संचार में किया जाता है, विशेष रूप से डेटा सेंटर इंफ्रास्ट्रक्चर के निर्माण में। सिलिकॉन फोटोनिक्स का उपयोग ऑप्टिकल घटकों को सिलिकॉन चिप्स पर एकीकृत करने के लिए किया जाता है ताकि CMOS उपकरणों की कम लागत, स्केलेबिलिटी और निर्माण एवं असेंबली में आसानी का लाभ उठाया जा सके। इलेक्ट्रॉनिक रूप से संचालित एकीकृत परिपथों की तुलना में, फोटोनिक चिप्स में अति-उच्च गति और अति-निम्न विद्युत खपत की विशेषताएं होती हैं। सैद्धांतिक रूप से, फोटोनिक चिप्स के आकार को मॉड्यूलेट किया जा सकता है, और प्रकाश की विशेषताएं उच्च-घनत्व समानांतर कंप्यूटिंग सहित रैखिक कंप्यूटिंग के लिए स्वाभाविक रूप से उपयुक्त हैं। कृत्रिम बुद्धिमत्ता के तीव्र विकास के साथ, फोटोनिक चिप्स का मैट्रिक्स गुणन प्रभाव मौजूदा इलेक्ट्रॉनिक चिप्स की तुलना में सैकड़ों या हजारों गुना बेहतर होने की संभावना है, जो शिक्षाविदों और उद्योगों को फोटोनिक कंप्यूटिंग द्वारा लाए गए अवसरों का पता लगाने के लिए आकर्षित कर रहा है।

कार्बन तटस्थता के रुझान से प्रभावित होकर, ऊर्जा रूपांतरण दक्षता में सुधार करने में सक्षम तीसरी पीढ़ी के अर्धचालक उद्योग का विकास तेज़ी से हो रहा है। कोविड-19 महामारी का प्रभाव धीरे-धीरे कम होने के साथ, औद्योगिक ऊर्जा रूपांतरण के लिए आवश्यक घटकों, जैसे कि इन्वर्टर और फ़्रीक्वेंसी कन्वर्टर, साथ ही संचार बेस स्टेशनों की मांग स्थिर हो गई है। टेस्ला मॉडल 3 इलेक्ट्रिक वाहन के इन्वर्टर धीरे-धीरे SiC (सिलिकॉन कार्बाइड) घटक निर्माण प्रक्रियाओं की ओर बढ़ रहे हैं, जिसके चलते ऑटोमोटिव बाज़ार में तीसरी पीढ़ी के अर्धचालकों का ध्यान लगातार बढ़ रहा है।

गैलियम नाइट्राइड (GaN) और सिलिकॉन कार्बाइड (SiC) जैसे तीसरी पीढ़ी के अर्धचालकों में उच्च तापमान प्रतिरोध, उच्च वोल्टेज प्रतिरोध, उच्च आवृत्ति और उच्च शक्ति जैसे गुण हैं। सिलिकॉन उपकरणों की तुलना में, ये ऊर्जा हानि को 50% से अधिक कम कर सकते हैं और उपकरण के आकार को 75% से अधिक घटा सकते हैं। ऊर्जा बचत और उत्सर्जन में कमी लाने तथा "कार्बन तटस्थता" के लक्ष्य को प्राप्त करने में ये एक महत्वपूर्ण विकास दिशा हैं। वर्तमान में, तीसरी पीढ़ी के अर्धचालकों का उपयोग डेटा केंद्रों और नई ऊर्जा वाहनों जैसे कई प्रमुख क्षेत्रों में हो रहा है। संपूर्ण तीसरी पीढ़ी का अर्धचालक उद्योग लगातार बेहतर होता जा रहा है और हरित अर्थव्यवस्था का मुख्य आधार बनने की उम्मीद है।

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