🎯 👗 👩‍🎤 सेमीकंडक्टर मैन्युफैक्चरिंग के अर्थशास्त्र का मूलमंत्र 🥓 🔹 📀

एक बार - सदी की शुरुआत में - मैंने एक नियमित मोबाइल फोन खरीदा, सबसे सस्ता, इसकी कीमत लगभग 15 या 20 यूरो थी। और इसके लिए एक कवर। जिसकी कीमत भी लगभग 15-20 यूरो है। इस तथ्य ने मुझे मारा - एक फोन जिसमें एक अर्धचालक चिप है, जो मानव प्रौद्योगिकी के विकास का शिखर है, जिसके उत्पादन के लिए अरबों डॉलर के उपकरण की आवश्यकता होती है, उच्च योग्य विशेषज्ञ जो विश्वविद्यालयों में अध्ययन करते हैं और शोध प्रबंधों का अध्ययन करते हैं, हजारों वैज्ञानिकों के वैज्ञानिक अनुसंधान के परिणाम - और यह सब उसी की लागत है एक सामान्य मामला कितना है, पिछले कुछ हज़ार वर्षों में उत्पादन तकनीक में बहुत बदलाव नहीं आया है। ऐसा कैसे? आइए समझने की कोशिश करते हैं।

परिचय

तुरंत एक आरक्षण करें कि लेख में दिए गए आंकड़े किसी विशेष उत्पाद की लागत की सटीक गणना नहीं हैं। हालांकि, आंकड़े छत से नहीं लिए गए थे, लेकिन एक बड़े अर्धचालक कारखाने (ग्लोबलफ़ाउंड्रीज़, एक पूर्व एएमडी फैक्टरी) और एक छोटे से एमईएमएस कारखाने के नेतृत्व में काम करने के अनुभव से। इस प्रकार, हम एक शून्य में एक निश्चित गोलाकार अर्धचालक कारखाने पर विचार करेंगे, जो एक तरफ, वास्तविक एक की नकल नहीं है, दूसरी ओर, यह अर्धचालक उत्पादों की लागत के गठन के रुझानों को समझने में मदद करता है। मैं यह भी जोर देना चाहता हूं कि हम सेमीकंडक्टर उत्पादों की लागत के बारे में बात करेंगे। मूल्य अन्य कारकों द्वारा निर्धारित किया जाएगा: ~~विवेक,~~ आपूर्ति और मांग, विपणन, आदि। और हम इन मुद्दों पर संपर्क नहीं करेंगे, हम केवल स्पष्ट बात कहेंगे कि कीमत लागत मूल्य से कम नहीं हो सकती है (यही कारण है कि किमोंडा जल गया - उनकी स्मृति ( DRAM ) की लागत दक्षिणपूर्वी निर्माताओं के मेमोरी मॉड्यूल की कीमत से अधिक थी)।

अर्धचालक उत्पादों की लागत क्या है?

आइए एक कारखाने में उत्पादन की लागत की तुलना विभिन्न प्लेट आकारों (100 मिमी से 300 मिमी के व्यास), उत्पादन के अलग-अलग लोडिंग और विभिन्न उपज के साथ करें। ऐसा करने के लिए, हमें यह समझने की आवश्यकता होगी कि उत्पादन के लिए किन लागतों की आवश्यकता है, वे उत्पादन मात्रा पर कैसे निर्भर करते हैं, कितने चिप्स विभिन्न आकारों की प्लेटों पर फिट होंगे और अस्वीकारों का प्रतिशत क्या होगा (उपज का उल्टा पक्ष)।

हमारे कारखाने में प्रति वर्ष 600,000 वेफर्स के अधिकतम उत्पादन के साथ सीएमओएस लॉजिक का उत्पादन होता है। हमने उपकरण पर 1 बिलियन डॉलर खर्च किए।

खर्चों

उत्पादन लागत को दो प्रकारों में विभाजित किया जाता है - निश्चित, जो उत्पादन की मात्रा और प्रत्यक्ष (चर) पर निर्भर नहीं करते हैं - जो सीधे उत्पादन की मात्रा पर निर्भर करते हैं। इसके अलावा, कुछ (अप्रत्यक्ष) लागत उत्पादन की मात्रा के साथ बढ़ेगी, लेकिन इसके अनुपात में नहीं।

प्रत्यक्ष व्यय

सिलिकॉन वेफर्स। सेमीकंडक्टर चिप का सबसे स्पष्ट घटक, लेकिन लागत में इसका योगदान काफी कम है। 100 मिमी की प्लेट की कीमत लगभग $ 30- $ 40, 300 मिमी - $ 70- $ 80 है। जैसा कि हम बाद में देखेंगे, प्लेट लगभग 1% की लागत में योगदान करती है। हम SOI प्लेटों के उपयोग के मामलों पर विचार नहीं करेंगे (उनकी लागत अधिक परिमाण का एक आदेश है)।
रसायन और गैस। आधुनिक प्रक्रिया प्रौद्योगिकी में लगभग 300 चरण होते हैं। उनमें से कुछ को महंगे रसायनों की आवश्यकता होती है (उदाहरण के लिए, लिथोग्राफी के लिए एक प्रतिरोध या धातु स्पटरिंग के लिए एक लक्ष्य), कुछ को रसायनों की आवश्यकता नहीं होती है (उदाहरण के लिए, मेट्रोलॉजी) या वे बहुत सस्ते होते हैं (उदाहरण के लिए, ऑक्सीजन में सिलिकॉन का ऑक्सीकरण)। प्रत्येक ऑपरेशन के लिए रसायनों की सही मात्रा और उनकी लागत की गणना करना काफी मुश्किल है, लेकिन अगर आप रसायनों की कुल लागत लेते हैं और संचालन और प्लेटों की संख्या से विभाजित करते हैं, तो गणना बहुत सरल हो जाती है। इस मामले में, एक प्लेट पर लगभग $ 10 रसायनों को प्रति ऑपरेशन खर्च किया जाएगा। इस प्रकार, यदि हमारे पास निर्माण प्रक्रिया में 300 ऑपरेशन हैं, तो हम एक प्लेट के निर्माण पर $ 3,000 खर्च करेंगे।
मास्क (मास्क)। यदि हम कई उत्पादों का उत्पादन करते हैं और उन्हें लगातार बदलते हैं, तो फोटो मास्क की लागत महत्वपूर्ण होगी। यदि हम एक उत्पाद का उत्पादन करते हैं, तो मास्क की लागत उत्पादन की मात्रा पर निर्भर नहीं करेगी। विश्लेषण की सादगी के लिए, मान लीजिए कि हम केवल एक उत्पाद का उत्पादन करते हैं और निश्चित लागतों में फोटो मास्क बनाने की लागत शामिल करते हैं।

अप्रत्यक्ष लागत

बिजली। पहली नज़र में, ये प्रत्यक्ष लागत हैं, लेकिन वास्तव में, बिजली की खपत सीधे उत्पादन की मात्रा के लिए आनुपातिक नहीं है। तथ्य यह है कि सेमीकंडक्टर उपकरण लगातार चालू है, भले ही यह निष्क्रिय हो। ऐसा इसलिए किया जाता है क्योंकि ऑपरेटिंग मोड से बाहर निकलने में काफी समय लग सकता है। उदाहरण के लिए, वैक्यूम उपकरणों में जो व्यापक रूप से अर्धचालक विनिर्माण में उपयोग किया जाता है, अधिकांश बिजली पंपों द्वारा खपत होती है जो लगातार चलती हैं; भट्टियां साफ कमरे के लिए ऑपरेटिंग तापमान, पानी ठंडा, वेंटिलेशन और एयर कंडीशनिंग सिस्टम को बनाए रखती हैं। इस प्रकार, उत्पादन की मात्रा में वृद्धि के साथ, बिजली की खपत में काफी वृद्धि होगी, और चूंकि प्रधान लागत में इसकी हिस्सेदारी इतनी बड़ी नहीं है, पहली अनुमान के रूप में, हम मान सकते हैं कि ये निश्चित लागत हैं जो उत्पादन मात्रा पर निर्भर नहीं हैं।
पेरोल निधि। उत्पादन में वृद्धि के साथ, आपको अधिक कर्मचारियों की आवश्यकता हो सकती है, लेकिन कनेक्शन सीधे आनुपातिक नहीं है। सबसे पहले, प्रशासनिक कर्मचारियों की संख्या में बदलाव नहीं होगा। दूसरे, इंजीनियरों की संख्या बढ़ सकती है, लेकिन केवल थोड़ा। जब कारखाना 24/7 संचालित होता है, तो इंजीनियर 8/5 काम करते हैं और केवल कुछ परिचारक सप्ताहांत को कवर करते हैं। पारियों की संख्या में वृद्धि के साथ, ऑपरेटरों की संख्या आनुपातिक रूप से बढ़ेगी, लेकिन, सबसे पहले, उत्पादन के स्वचालन की एक उच्च डिग्री के साथ, कई ऑपरेटरों की आवश्यकता नहीं होती है, और दूसरी बात, यह कर्मचारियों की अपेक्षाकृत कम भुगतान वाली श्रेणी है। इस प्रकार, उत्पादन में 4 पारियों की शुरूआत के साथ, एक के बजाय, श्रम लागत में 20-30 प्रतिशत की वृद्धि होगी।
उपकरणों का रखरखाव और मरम्मत। वे प्रति वर्ष उपकरणों की लागत का लगभग 5% बनाते हैं। बहुत सारे निरंतर रखरखाव का काम, जो कभी-कभी निर्भर करता है, कभी-कभी उत्पादन की मात्रा पर निर्भर नहीं करता है। कुल लागत उत्पादन की मात्रा के सीधे आनुपातिक नहीं है।

निश्चित लागत

इसमें वह सब कुछ शामिल है जो उत्पादन की मात्रा पर निर्भर नहीं करता है - उपकरण का मूल्यह्रास, भूमि का किराया, भवन की मरम्मत, कार्यालय का रखरखाव आदि। आदि हम मूल्यह्रास पर अलग से रहते हैं। 5 वर्षों में पथ उपकरणों का मूल्यह्रास किया जाता है। फिर, $ 1 बिलियन की कुल उपकरण लागत के साथ, हमें खर्चों में प्रति वर्ष $ 200 मिलियन शामिल करना चाहिए।

यह सब एक साथ रखते हुए, हम देखेंगे कि हमारी निर्धारित लागत लगभग $ 1.5 बिलियन प्रति वर्ष है और एक अतिरिक्त बदलाव की शुरुआत के साथ उन्हें 10% तक बढ़ने देता है। इस प्रकार, एक प्लेट की लागत में प्लेटों की संख्या = $ 3100 + $ 1.5 बिलियन / उत्पादन की मात्रा से विभाजित पूरे कारखाने के लिए एक प्लेट + निश्चित लागत का उत्पादन करने की प्रत्यक्ष लागत शामिल होगी। आइए पहले गणना करें:

पारियों की संख्या	उत्पादन की मात्रा, प्रति वर्ष प्लेटें	निश्चित लागत, $ अरब	प्लेट की लागत, $
1	150000	1.5	१३ १००
2	300000	1.65	8 600 रु
3	450000	1.82	7 130
4	600000	1.99	6425

पहला निष्कर्ष जो हम बना सकते हैं: यह हमारे लिए हमारे कारखाने को अधिकतम लोड करने के लिए फायदेमंद है - यह एक प्लेट की लागत को काफी कम कर देता है (एक शिफ्ट से चार तक स्विच करने पर दो बार)। अब चलो चिप्स के बारे में बात करते हैं - अंत उपभोक्ता के लिए, चिप की लागत, न कि पूरे अर्धचालक वेफर, महत्वपूर्ण है।

प्लेट का आकार

अर्धचालक 51 मिमी से 200 मिमी तक वेफर्स। स्रोत: विकिपीडिया, जर्मन विकिपीडियाबेच द्वारा, मूल अपलोड 7. स्टाक्लकोचर डे द्वारा ओकट 2004 : बिल्ड: वेफर 2 ज़ोल बिस 8 ज़ोल.जेपीजी , सीसी बाय-एसए 3.0 , लिंक

प्लेट पर कितने चिप्स होंगे, यह जानने के लिए, आपको चिप के आकार और प्लेटों के आकार को जानना होगा। इंटरनेट पर एक सुविधाजनक कैलकुलेटर है जो आपको यह पता लगाने की अनुमति देता है कि विभिन्न आकारों के वेफर्स पर कितने चिप्स फिट हैं। उदाहरण के लिए, आइए विभिन्न आकारों के चिप्स लें, "बड़े" इंटेल सैंडी ब्रिज ई 6 सी (435 मिमी 2) और "छोटे" क्वालकॉम स्नैपड्रैगन 835 (72.3 मिमी 2) और देखें कि उनमें से कितने विभिन्न आकारों के वेफर्स पर फिट हैं। अस्वीकरण: चिप्स को केवल आकारों के उदाहरण के रूप में लिया जाता है, लागत मूल्य की बाद की गणना का इन उत्पादों की वास्तविक लागत मूल्य से कोई लेना-देना नहीं है। इसके अलावा, यह स्पष्ट है कि एक ही चिप 100 मिमी और 300 मिमी की प्लेट पर नहीं बनाई जा सकती है, लेकिन हम एक वैक्यूम में एक गोलाकार कारखाने पर विचार कर रहे हैं, तो चलो बस गिनती करें।

प्लेट आकार मिमी	चिप्स की संख्या 435 मिमी ²	चिप्स की संख्या 72.3 मिमी ²
100	9	69
150	24	180
200	52	345
300	127	836

यह देखते हुए कि एक प्लेट के निर्माण की लागत लगभग समान है, इस तालिका से हम दो बहुत महत्वपूर्ण निष्कर्ष देते हैं:

चिप जितनी छोटी होगी, वे एक प्लेट पर उतनी ही सस्ती होंगी । इसलिए, ट्रांजिस्टर के आकार को कम करने से हम या तो एक ही कार्यक्षमता के साथ लागत को कम कर सकते हैं (बिना ट्रांजिस्टर की संख्या को कम किए चिप को बदल दिया जाएगा), या चिप के आकार को बदले बिना ट्रांजिस्टर की संख्या में वृद्धि करके हम एक ही लागत (एक ही चिप आकार) में प्रदर्शन / कार्यक्षमता में वृद्धि प्राप्त करेंगे। यह स्पष्ट हो जाता है कि ट्रांजिस्टर के आकार ( मूर के नियम ) को कम करने की दौड़: एक ही कीमत पर सस्ता या उच्च प्रदर्शन।
जितनी बड़ी प्लेट, उतनी ही सस्ती एक चिप। यह ध्यान देने योग्य है कि 100 मिमी से 200 मिमी तक प्लेट आकार के उपकरण लगभग समान हैं, इसलिए 100 मिमी, 150 मिमी और 200 मिमी की एक प्लेट के प्रसंस्करण की लागत समान होगी। 300 मिमी के लिए उपकरण अधिक महंगा है, इसलिए हमें बाद की गणना के लिए निश्चित लागत (मूल्यह्रास और रखरखाव) में वृद्धि करनी चाहिए। हम तय लागत के 50% के बराबर इस वृद्धि को स्वीकार करते हैं।

उपज (उपज)

चिप आउटपुट कार्ड का एक उदाहरण। दोषपूर्ण चिप्स लाल रंग में चिह्नित हैं। स्रोत: DOI: 10.1155 / 2015/707358

जैसा कि वह अर्धचालक कारखानों के नेतृत्व को दोहराना पसंद करते हैं हमारे पास तीन प्रमुख लक्ष्य हैं: उपज, उपज और उपज (हमारे पास तीन मुख्य लक्ष्य हैं - यह अच्छा है, अच्छा और अच्छा है)। यील्ड सीधे लागत मूल्य को प्रभावित करता है - प्लेट पर पैदावार अधिक, चिप सस्ता, चूंकि प्लेट की लागत नहीं बदलती (अर्थशास्त्र के दृष्टिकोण से, विवाह में वृद्धि प्लेट के आकार में कमी के बराबर है)। पहली नज़र में, उपज की अवधारणा काफी सरल है - हम बस काम करने वाले चिप्स के प्रतिशत पर विचार करते हैं, लेकिन कुछ बारीकियां हैं।

यदि चिप सरल है, उदाहरण के लिए, फोन का वायरलेस मॉड्यूल, तो यह काम करता है या नहीं, सब कुछ सरल है। यदि चिप जटिल है, उदाहरण के लिए, इसमें कई कोर हैं और एक चिप पर एक ग्राफिक कॉपोसेसर है, तो सब कुछ कुछ पेचीदा है। यदि आप भाग्यशाली हैं, तो सब कुछ काम करता है। यदि नहीं, उदाहरण के लिए, चार कोर में से, केवल दो काम करते हैं। या ग्राफिक कोप्रोसेसर काम नहीं करता है। इस मामले में क्या करना है? बहुत सरल - हम एक उत्पाद लाइन बनाते हैं: ग्राफिक्स के साथ एक क्वाड-कोर प्रोसेसर, ग्राफिक्स के साथ एक दोहरे कोर प्रोसेसर, ग्राफिक्स के साथ एक दोहरे कोर प्रोसेसर, आदि। इसके अलावा, वे विभिन्न आवृत्तियों पर काम कर सकते हैं (ठीक है, यह प्लेट पर उपकरणों के आकार में बिखराव के कारण हुआ)। यही है, यदि आप प्रोसेसर की एक पंक्ति देखते हैं, तो इसका मतलब यह नहीं है कि कई तकनीकी प्रक्रियाएं और फोटो टेम्पलेट हैं। सबसे अधिक संभावना है, तकनीकी प्रक्रिया एक है, और विनिर्माण प्रोसेसर के अंत के बाद अंतिम माप के परिणामों द्वारा क्रमबद्ध किया जाता है।

एक अन्य पहलू निम्नानुसार है: उपज मुख्य रूप से उन दोषों के कारण गिरती है जो अर्धचालक वेफर के प्रति यूनिट क्षेत्र में होने की एक निश्चित संभावना है। जाहिर है, एक बड़ी चिप एक दोष को पकड़ने और एक छोटी चिप की तुलना में विफल होने की अधिक संभावना है। इस प्रकार, उपयुक्त छोटे चिप्स की उपज प्लेट पर समान संख्या में दोषों के साथ उपयुक्त बड़े चिप्स की उपज से अधिक होगी।

लागत लेखांकन

इसलिए, हमें पता चला कि हमारे पास चिप की लागत को प्रभावित करने वाले कई मुख्य कारक हैं:

उत्पादन की मात्रा
प्लेट का आकार
चिप का आकार
उपज

सारांश 4-आयामी तालिका बनाना कठिन है, तो चलिए कुछ उदाहरणों को गिनते हैं:

विभिन्न भारों और विभिन्न प्लेट आकारों के साथ काम करने वाले कारखाने के लिए 80% की उपज के साथ चिप की कीमत ($ में) 72.3 मिमी 2 है।

पारियों की संख्या	100 मिमी	150 मिमी	200 मिमी	300 मिमी
1	237	90	47	27
2	155	59	41	16
3	129	49	36	13
4	146	44	33	12

100 मिमी वेफर्स से 300 मिमी तक और एक शिफ्ट से चार तक जाने पर, हमने चिप की लागत को 20 गुना कम कर दिया!

कारखाने के पूर्ण भार के साथ एक प्लेट 300 मिमी पर उपज के आधार पर विभिन्न आकारों के चिप्स ($ में) की लागत:

उपज	चिप 435 मिमी ²	चिप 72.3 मिमी ²
60%	106	16
70%	91	14
80%	79	12
90%	71	10
100%	64	9

खैर, हमें मूल प्रश्न का उत्तर मिला - उच्च तकनीक वाले उत्पादों के बावजूद एक मोबाइल फोन की कीमत दसियों डॉलर कैसे हो सकती है। हमने अरबों डॉलर के निवेश और अरबों डॉलर के साथ शुरुआत की और इस नतीजे पर पहुंचे कि 300 मिमी प्लेटों पर काम करने वाले पूरी तरह से भरी हुई फैक्टरी में उत्पादित एक छोटी चिप (एक साधारण पुश-बटन टेलीफोन में यह बहुत बड़ी होने की संभावना नहीं है) की लागत डॉलर की इकाइयों में मापा जाता है।

अब, जिज्ञासा से बाहर, आइए देखें कि रूस में चिप्स के उत्पादन को व्यवस्थित करना चाहते हैं तो क्या होता है।

रूसी बाजार के लिए चिप उत्पादन

अस्वीकरण: सभी नंबरों और नामों का आविष्कार किया गया है, कोई भी मैच यादृच्छिक हैं।
मान लीजिए कि हमने एक निश्चित कंपनी "नैनोमीटर" का आयोजन किया और 256 मिमी 2 के आकार के साथ एक निश्चित प्रोसेसर "सयान" का उत्पादन करना चाहते हैं। ऐसा करने के लिए, हमने लगभग 1 बिलियन डॉलर के उपकरण खरीदे, जो 200 मिमी वेफर्स पर काम करता है और प्रति वर्ष 600,000 वेफर्स का उत्पादन करने में सक्षम है। एक प्लेट पर, हम 91 चिप्स प्राप्त करते हैं और हमें 70% उपज प्राप्त करते हैं, अर्थात एक प्लेट से हमें 63 चिप्स मिलेंगे। उपरोक्त गणनाओं का उपयोग करते हुए, हम इस तरह के चिप्स के उत्पादन की लागत का अनुमान लगाते हैं:

परिवर्तन	चिप्स की संख्या	लागत, $
1	9450000	207
2	18 900 000	136
3	28 350 000	113
4	37800000	102

यही है, सभी निर्मित चिप्स की कुल लागत $ 3.5-3.8 बिलियन होगी। मुख्य प्रश्न यह है कि क्या दसियों लाख प्रोसेसर (या किसी अन्य चिप्स) की बिक्री के लिए रूस में एक बाजार है? वैश्विक अर्धचालक बाजार 2016 में लगभग $ 463 बिलियन का था , रूसी बाजार, विभिन्न अनुमानों के अनुसार, दुनिया के 0.3 से 1% तक है, अर्थात। लगभग $ 2-4 बिलियन, जो हमारे सभी उत्पादों की लागत के लगभग बराबर है, लेकिन हम लाभ भी चाहते हैं, और हम बाजार में अकेले नहीं हैं। यह पता चला है कि अगर हम घरेलू बाजार के लिए चिप्स का उत्पादन करना चाहते हैं, तो हमें या तो वैश्विक बाजारों में प्रवेश करने की जरूरत है (और वहां अपने उत्पादों की पर्याप्त हिस्सेदारी बेचनी चाहिए), या लागत में वृद्धि के साथ कारखाने को पूरी तरह से लोड नहीं करना चाहिए (ठीक है, अंत उपभोक्ता के लिए कीमतें)।

निष्कर्ष

यहां तक कि अगर आपने सेमीकंडक्टर प्लांट के उपकरण और संचालन में अरबों डॉलर का निवेश किया है, तो आप काफी जटिल चिप्स का उत्पादन कर सकते हैं, जिसकी लागत दसियों डॉलर (और छोटी इकाइयों के लिए) होगी। ऐसा करने के लिए, आपको अपने कारखाने (कार्य 24/7) को पूरी तरह से लोड करने की आवश्यकता है, 300 मिमी प्लेटों का उपयोग करें, चिप को यथासंभव छोटा बनाने और उच्च उपज प्राप्त करने का प्रयास करें। और उन लोगों को खोजने के लिए मत भूलना जिनके लिए आप इन चिप्स को बेचने जा रहे हैं - अन्यथा वे सस्ते नहीं होंगे।

सेमीकंडक्टर मैन्युफैक्चरिंग के अर्थशास्त्र का मूलमंत्र