మైక్రోచిప్ విప్లవం: రాళ్లలో దొరికే సిలికాన్... మన జీవితాలను ఎలా మార్చేసింది

మెట్రో నగరాల నుంచి మారుమూల పల్లెల వరకు... మన జీవన విధానాన్ని, చేసే పనినీ మార్చేస్తోంది టెక్నాలజీ.

మన జేబులోని స్మార్ట్‌ఫోన్ నుంచి కోట్ల జీబీల సమాచారాన్ని భద్రపరిచే భారీ డేటా సెంటర్ల వరకు, ఎలక్ట్రిక్ స్కూటర్ల నుంచి హైపర్‌సానిక్ విమానాల వరకు... వీటన్నింటిలోనూ అత్యంత కీలకమైన, బయటకు పెద్దగా కనిపించని అతిచిన్న పరికరం ఒకటి ఉంటుంది. అదే సెమీకండక్టర్.

సెమీకండక్టర్లు ఆధునిక ఎలక్ట్రానిక్ పరికరాలకు గుండెకాయ లాంటివి.

మనం వాడే ప్రతి గ్యాడ్జెట్లలోనూ చిన్న చిప్‌లు (ప్రాసెసర్లు) ఉంటాయి. ఆ చిప్‌లలో అంతకంటే సూక్ష్మమైన ట్రాన్సిస్టర్ అనే సెమీకండక్టర్ పరికరాలు ఉంటాయి. కంప్యుటేషన్లను రన్ చేసేది ఆ ట్రాన్సిస్టర్లే.

1947లో మొట్టమొదటి సిలికాన్ ట్రాన్సిస్టర్‌ను అమెరికా శాస్త్రవేత్తలు అభివృద్ధి చేశారు. అంతకుముందు వాక్యూమ్ ట్యూబులను వాడేవారు. అవి భారీ పరిమాణంలో ఉండేవి, అత్యంత నెమ్మదిగా పనిచేస్తుండేవి.

సిలికాన్ ట్రాన్సిస్టర్లు వచ్చాక అంతా మారిపోయింది. వీటి పరిమాణం తక్కువ... చేసే పని ఎక్కువ.

సిలికాన్‌ ట్రాన్సిస్టర్ల తయారీలో శరవేగంగా మార్పులు వచ్చాయి. అత్యంత చిన్న పరిమాణంలో చిప్‌లను తయారు చేసే వీలుండటంతో క్రమంగా గ్యాడ్జెట్లు మరింత నాజూగ్గా మారుతూ వచ్చాయి.

ఒక చిప్‌లో ఎంత ఎక్కువ సంఖ్యలో ట్రాన్సిస్టర్లు వాడితే ఆ చిప్ సామర్థ్యం అంత మెరుగవుతుంది.

"ఈ చిన్న చిప్‌లు ఇంత అద్భుతంగా పనిచేస్తాయని గతంలో ఎవరూ ఊహించి ఉండరు. ఇప్పుడు భారీ కంప్యూటర్‌ను ఒక చిన్న చిప్‌లో పెట్టేయగలుతున్నాం" అని సెమీకండక్టర్ ఇండస్ట్రీ అసోసియేషన్ చీఫ్ ఎగ్జిక్యూటివ్ జాన్ న్యూఫెర్ అంటున్నారు.

సాంకేతికతలో వస్తున్న మార్పుల కారణంగా చిప్‌లలో పొందుపరిచే ట్రాన్సిస్టర్ల సంఖ్య ప్రతి రెండేళ్లకు రెట్టింపు అవుతుందని ప్రముఖ మైక్రోచిప్ తయారీ సంస్థ ఇంటెల్ వ్యవస్థాపకులు గార్డన్ మూర్ దాదాపు 50 ఏళ్ల క్రితమే చెప్పారు.

ఆయన చెప్పింది నిజమైంది. ప్రస్తుతం ఒక చిన్న చిప్‌లో కొన్ని వందల కోట్ల మైక్రోట్రాన్సిస్టర్లు అమర్చి ఉంటున్నాయి. సిలికాన్‌తో వచ్చిన డిజిటల్ విప్లవం అది.

అమెరికా, చైనా దేశాలలో చిప్‌లు పెద్దఎత్తున తయారవుతున్నాయి. అక్కడి నుంచి ప్రపంచ నలుమూలలకూ పంపిణీ అవుతున్నాయి.

ప్రస్తుతం ప్రపంచవ్యాప్తంగా సెమీకండక్టర్ చిప్‌ల పరిశ్రమ విలువ దాదాపు 500 బిలియన్ డాలర్లు.

'తెల్ల బంగారం'

మైక్రోచిప్‌ల తయారీలో అత్యంత ముఖ్యమైన ముడిపదార్థం సిలికాన్. దీని వాడకం ప్రపంచవ్యాప్తంగా విస్తృతంగా ఉంది. కానీ, అతికొద్ది ప్రాంతాల్లోనే నాణ్యమైన సిలికాన్ లభ్యమవుతోంది.

మెరుగైన ఎలక్ట్రానిక్ పరికరాలకు అత్యంత నాణ్యమైన ముడిపదార్థాలు అవసరం. స్ఫటిక శిలల్లో నాణ్యమైన సిలికాన్ దొరుకుతుంది. అంత నాణ్యమైన స్ఫటిక రాళ్లు అమెరికాలోని ఉత్తర కరోలినాలో ఉన్న స్ప్రూస్ పైన్ ప్రాంతంలోని గనుల్లో దొరుకుతాయి.

ప్రపంచవ్యాప్తంగా కోట్లాది డిజిటల్ పరికరాల్లో (మీ చేతిలో ఉన్న ఫోన్‌లో, మీ ముందున్న ల్యాప్‌టాప్‌లోనూ) ఆ గనుల నుంచి తీసిన 'సిలికాన్' ఉంది.

"ప్రపంచంలో ఉన్న దాదాపు ప్రతి మొబైల్ ఫోన్‌, కంప్యూటర్‌ చిప్‌లోనూ స్ప్రూస్ పైన్‌ గనుల్లో వెలికితీసిన సిలికాన్ ఉంటుంది" అని నాణ్యమైన స్ఫటిక రాళ్లను సరఫరా చేసే అతిపెద్ద సంస్థ క్వార్ట్జ్ కార్పొరేషన్ మేనేజర్ రోల్ఫ్ పిప్పర్ట్ చెప్పారు.

స్ప్రూస్ పైన్ ప్రాంతంలో దొరికే సిలికా రాళ్లు చాలా ప్రత్యేకమైనవి. ఇందులో కాలుష్య కారకాలు తక్కువగా ఉంటాయి.

ఈ ప్రాంతంలో రత్నాల రాళ్లు, మైకా కోసం శతాబ్దాలుగా తవ్వకాలు జరుగుతున్నాయి. కానీ, అప్పట్లో నాణ్యమైన సిలికాన్ ఉండే స్ఫటిక రాళ్లను ఊరికే పక్కన పడేసేవారు. 1980లలో సెమీకండక్టర్ పరిశ్రమ వృద్ధి చెందడంతో ఆ స్ఫటిక రాళ్లు 'తెల్ల బంగారం' అయిపోయాయి.

ఇప్పుడు, అది టన్నుకు 10,000 డాలర్లు (రూ. 7.14 లక్షలు) పలుకుతోంది.

సిలికాను ఎలా వెలికి తీస్తారు?

యంత్రాలతో, బాంబు పేలుళ్లతో వెలికి తీసిన భారీ రాళ్లను క్రషర్‌లో వేసి కంకరలా మారుస్తారు.

తరువాత ప్రాసెసింగ్ ప్లాంట్‌కు పంపుతారు. అక్కడ కంకరను ఇసుకలా మార్చేస్తారు. అనంతరం ఇతర ఖనిజాల నుంచి సిలికాన్‌ను వేరు చేసేందుకు దానికి నీళ్లు, రసాయనాలు కలుపుతారు. ఆ తర్వాత మరోసారి మిల్లులో వేస్తారు. ఆ తర్వాత పౌడర్‌ రూపంలో మరో రిఫైనరీకి పంపుతారు.

ఆ పౌడర్‌ను కొలిమిలో 1,400 డిగ్రీల సెంటీగ్రేడ్ ఉష్ణోగ్రత వద్ద కరిగించి స్థూపాకార కడ్డీలుగా మారుస్తారు. అలా, డిజైన్‌ను బట్టి 1,000 నుంచి 2,000 ప్రత్యేక దశలను దాటితే ఒక సిలికాన్ చిప్‌ తయారవుతుంది.

స్ప్రూస్ పైన్‌ గనుల్లో ఏటా 30,000 టన్నుల సిలికాన్ మాత్రమే వెలికితీస్తున్నారు. దానితో ఏటా కొన్ని వందల కోట్ల మైక్రోచిప్‌లు తయారు చేస్తున్నారు.

"స్ప్రూస్ పైన్ ప్రాంతంలో సిలికాన్ నిల్వలు దండిగా ఉన్నాయి. వాటిని ఇంకా కొన్ని దశాబ్దాల పాటు తవ్వుకోవచ్చు. ఈ గనుల్లో అది అయిపోయే నాటికి సిలికాకు ప్రత్యామ్నాయాలు రావొచ్చు" అని పిప్పెర్ట్ చెప్పారు.

చిప్‌లు చాలా చిన్నగా ఉంటాయి. వాటిలో అత్యంత సన్నని సంక్లిష్ట వలయాలు ఉంటాయి. సన్నని దుమ్ము, వెంట్రుక పడినా ఆ వలయాలు చెడిపోతాయి. అందుకే చిప్‌ల తయారీ ప్రాంతాన్ని అత్యంత పరిశుభ్రంగా ఉంచుతారు.

చిప్‌ల తయారీ ప్రక్రియలో కొన్ని రసాయనాలను వినియోగిస్తారు. అతినీలలోహిత కిరణాలు పడితే ఆ రసాయనాలు దెబ్బతినే ప్రమాదం ఉంటుంది. అందుకే ఆ కాంతి కిరణాలను నిరోధించేలా జాగ్రత్తలు చేపడతారు.

ల్యాబ్‌లో పనిచేసే సిబ్బంది, సాంకేతిక నిపుణులు తల నుంచి కాళ్ల వరకు ముసుగులు, గాగుల్స్‌, తెల్లని సూట్లను ధరించి పనిచేస్తారు. శుభ్రమైన గదుల్లో చాలావరకు పనులు ఆటోమేటిక్ రోబోలే చేస్తాయి.

అక్కడ తయారు చేసిన చిప్‌లను వివిధ దేశాలకు ఎగుమతి చేస్తారు. విమానాలు, కార్లు, చమురు తరువాత అమెరికా అత్యధికంగా ఎగుమతి చేస్తున్నది సెమీకండక్టర్లనే.

చిప్‌ల తయారీలో అమెరికాతో పోటీగా రాణించేందుకు పలు దేశాలు తీవ్రంగా కృషి చేస్తున్నాయి. ప్రపంచంలో చిప్‌లను అత్యధికంగా వినియోగిస్తున్నది చైనా. కానీ, అందులో కొద్ది మేరకు మాత్రమే స్వదేశంలో తయారవుతున్నాయి.

ఒక్క 2017లోనే చైనా 260 బిలియన్ డాలర్ల విలువైన చిప్‌లను దిగుమతి చేసుకుంది. తమకు అవసరమైన సెమీకండక్టర్లలో 2020 నాటికి 40%, 2025 నాటికి 70% స్వదేశంలోనే తయారయ్యేలా చూడాలని చైనా లక్ష్యంగా పెట్టుకుంది. చైనా సంస్థలు తమ సొంత చిప్ డిజైన్లను రూపొందిస్తున్నాయి.

సిలికాన్ విప్లవం

సెమీకండక్టర్ చిప్‌లు చౌకగా మారాయి. ఇప్పుడు అందరికీ అందుబాటులోకి వచ్చాయి. 500 కోట్ల మందికి పైగా ప్రజల దగ్గర మొబైల్ ఫోన్లు ఉన్నాయి. అందులో సగానికి పైగా స్మార్ట్‌ఫోన్‌లు ఉన్నాయని అంచనా. అభివృద్ధి చెందుతున్న దేశాలలో వాటి వినియోగం వేగంగా పెరుగుతోంది.

ప్రపంచంలో అత్యధిక ఇంటర్నెట్ వినియోగదారులు ఉన్న రెండో దేశం భారత్‌లో ప్రస్తుతం 63 కోట్ల మందికి పైగా ఇంటర్నెట్ వినియోగదారులు ఉన్నారు. ఈ సంఖ్య అమెరికా, బ్రిటన్, రష్యా, దక్షిణాఫ్రికా దేశాల మొత్తం జనాభా కంటే ఎక్కువే.

ఆఫ్రికాలో 15 సంవత్సరాలు, అంతకు మించి వయసున్న ఇంటర్నెట్‌ వినియోగదారులు 2007లో 15 శాతం ఉండగా 2017లో 28 శాతానికి పెరిగారని ఐసీటీ ఆఫ్రికా అనే సంస్థ నిర్వహించిన సర్వేలో వెల్లడైంది.

ప్రస్తుతం ప్రతి 10 మంది ఆఫ్రికన్లలో ఇద్దరు స్మార్ట్‌ఫోన్ వాడుతున్నారు. కెన్యా జనాభాలో 24 శాతం మంది ఇంటర్నెట్ వినియోగిస్తున్నారు. దీని అర్థం టెక్నాలజీ వాడకం చాలా వరకు గ్రామీణ ప్రాంతాల్లోనూ శరవేగంగా విస్తరిస్తోంది.

సెమీకండక్టర్ సాంకేతికత మెరుగయ్యే కొద్దీ మరింత మంది ప్రజల్లో డిజిటల్ అక్షరాస్యత పెరుగుతోంది. దేశాల ఆర్థిక వృద్ధికి కూడా స్మార్ట్‌ఫోన్లు దోహదపడుతున్నాయి. ప్రతి 100 మందిలో 10 మంది మొబైల్ ఫోన్లు వాడితే అభివృద్ధి చెందుతున్న దేశం జీడీపీ 0.5శాతం పెరుగుతుందని ఒక అంచనా.

ఇవి కూడా చదవండి:

(బీబీసీ తెలుగును ఫేస్‌బుక్, ఇన్‌స్టాగ్రామ్‌, ట్విటర్‌లో ఫాలో అవ్వండి. యూట్యూబ్‌లో సబ్‌స్క్రైబ్ చేయండి.)