Matthew Putman, çip üretim tesislerine atıfta bulunarak, “Yarı iletken fabrikaların mülkiyetini demokratikleştiriyoruz.” diyor. Putman, üretim prosedürlerindeki kusurları tespit etmek için gelişmiş optik çözümler uygulayan, New York City merkezli bir endüstriyel yapay zeka şirketi olan Nanotronics‘in kurucusu ve CEO’su.
Cubefabs adı verilen yeni sistem, modüler denetim araçlarını ve diğer ekipmanlarını yapay zeka ile birleştirerek önerilen çip fabrikalarının kendilerini izlemesine ve buna göre uyum sağlamasına olanak tanıyor; aslında bu, Putman‘ın “otonom fabrika” dediği şeyin bir parçası.
Putman, tesisin büyük kısmının önceden monte edilebileceğini, düz paketlenebileceğini ve nakliye konteynırlarına konulabileceğini, böylece tesislerin “dünyanın %80’inde” inşa edilebileceğini söylüyor.
Şirket, yıl sonuna kadar inşaatına başlamayı umduğu New York veya Kuveyt’teki bir prototiple başlayarak dünya çapında yüzlerce çiçek şekilli fabrika öngörüyor.
Uygulamalı matematik ve fizik alanında doktorası olan ve 8 yaşında ebeveynlerinin üretim şirketinde teknoloji alanında çalışmaya başlayan Putman, “Bu ilk günden beri benim hayalimdi.” diyor.
Dünyanın çip bağımlılığı, yalnızca ABD’deki fabrika inşaatlarında yüz milyarlarca dolarlık bir artışla hiç bu kadar keskin bir rahatlama yaşamamıştı. Biden yönetiminin Çin’e getirdiği yeni çip kısıtlamaları, küresel çip savaşının hararetini artırdı ve diğerlerinin yanı sıra Amerikalı çip üreticilerini de sinirlendirdi. Yarı iletken talebinde son zamanlarda yaşanan yavaşlamaya rağmen, çiplere olan küresel açlığın iki katına çıkması bekleniyor.
Bu arada bunları üretmenin maliyetleri dehızla artıyor. Moore yasası, bir entegre devredeki transistör sayısının her iki yılda bir ikiye katlandığını söylüyor; Rock kanunu ise bir çip üretim tesisinin maliyetinin çeyrek bir ikiye katlandığını söylüyor.
Putman, Nanotronics‘in malzeme ve otomasyon (ve prefabrik inşaat) konusundaki uzmanlığından yararlanarak ve fabrikayı standartlaştırıp küçülterek, ekonomiler için her şeye uyan tek bir büyük boyut arayışını vaaz eden hakim paradigmayı altüst etmenin bir yolunu görüyor ve “Eğer çok sayıda küçük fabrikayı hızlı bir şekilde ve birçok yerde inşa edebilirseniz, çok daha hızlı bir şekilde ölçeğe ulaşabilirsiniz.” diyor.
Mimarlar Rogers Partners ve Arup ile işbirliği içinde tasarlanan her Cubefab, ortasında bir hizmet “küpü” ve her biri yaprak gibi dallara ayrılan iki temiz odaya sığabilen modüler fabrikalarla siberpunk bir yoncaya benziyor. Bunlar, ayda birkaç yüz levha başlatma kapasitesine sahip, sektörde nano fabrikalar olarak bilinen küçük fabrikalar; Taiwan Semiconductor Manufacturing Company’nin Arizona’da inşa ettiği dev mega fabrika, birçok gecikme ve maliyet aşımından sonra 2025’te tamamen açıldığında ayda 20.000 levha başlangıcını hedefliyor.
Nanotronics, tek bir Cubefab kurulumunun tek bir fabrika ile bir dönümden başlayıp dört fabrika, altı dönümlük bir alana kadar büyüyebileceğini söylüyor. Şirket, her fabrikanın bir yıldan kısa sürede inşa edilebileceğini ve dört fabrikalı kurulumun maliyetinin 100 milyon doların altında olacağının tahmin edildiğini söylüyor. Nanotronics, proje için ne kadar para topladığını açıklamayı reddetti ancak Putman, şirketin daha önce aralarında Peter Thiel ve Skype kurucu ortağı Jann Tallin’in de bulunduğu yatırımcılardan 170 milyon dolar topladığını söyledi.
Putman, isimsiz bir Kuveytli müşterisinin yanı sıra, Nanotronics’in otomobil üreticileri ve sanayi şirketleriyle olası ortaklıkları tartıştığını ve Orta Doğu, Almanya, İspanya ve ABD’nin üç eyaletindeki yerleri hedeflediğini söyledi. Potansiyel müşterilerinin “dikey olarak entegre olmak isteyen herhangi bir şirket” olduğunu söylüyor.
Dünyanın yeni nesil çiplerinin nasıl ve nerede üretileceği açık bir soru haline geldi, ancak 500 milyar dolarlık bir sektörü yeniden şekillendirmek kolay olmayacak. Yarı iletkenler, bunu okuduğunuz cihaza güç veren gelişmiş çiplerin ve en güçlü yapay zeka sistemlerinin yanı sıra, büyüyen yenilenebilir enerji endüstrisi de dahil olmak üzere geniş bir kullanıcı yelpazesi için hayati önem taşıyan daha temel çiplerin temelini oluşturuyor. ABD’de icat edilmiş olmalarına rağmen, istikrarsız bir pazardaki aralıksız verimlilik talebi, yarı iletken üretiminin çoğunu Doğu Asya’ya itti; en gelişmiş yongalar, şu anda dünyanın en değerli yarı iletken üreticisi olan TSMC tarafından yalnızca Tayvan’da üretildi.
Hükümetler ve çip şirketleri tedarik zincirlerini Asya’nın ötesinde çeşitlendirmeye çalışıyor ancak özellikle ABD ve Avrupa’da yeni fabrikalar kurmanın maliyetleri göz kamaştırıyor. CHIPS Yasası, ABD merkezli çip üreticilerine beş yıl boyunca doğrudan sübvansiyon olarak 39 milyar dolar sağlıyor ancak bu, en büyük çip şirketlerinden birinin bir yılda sermaye harcamalarına ayırdığı miktardan sadece biraz daha fazla.
Putman, Intel, GlobalFoundries, Texas Instruments ve Samsung Foundry’nin inşaat halindeki ABD fabrikaları arasında TSMC ve Micron’un Arizona’da ve New York’un kuzeyinde inşa ettiği dev fabrikalara dikkat çekiyor. “İnşa edilmesi beş yıl sürüyor, çok büyükler, bütün bir şehir bloğunu kaplıyorlar, altyapı çok büyük.” diyor. “Bir fabrika inşa etmek katlanarak daha pahalıysa Moore yasasına ayak uyduramazsınız.“
Yapay zeka çiplerine yönelik tüm ilgiye (ve yaptırımlara) rağmen dünya, LED’lerden lazerlere, arabalardan telefon şarj cihazlarına ve yapay zekayı destekleyen veri merkezlerine kadar her şeyde kullanılan daha yaygın çiplere olan açlığını giderek artırıyor. Ford, bu yılın başlarında yeterli miktarda çip tedarik edememesinin, üç aylık satışlarda 100.000 araç açığına yol açtığını açıklamıştı.
Cubefabs’ın ilk etapta orta boyutlu 200 mm levhalar üzerine inşa etmek üzere tasarlayacağı işte bu tür yüksek güçlü, son teknoloji cihazlar. Cubefabs, silikon bazlı çipler yerine, üretim verimliliği ve daha dayanıklı, enerji tasarruflu cihazlar vaat eden daha yeni bir alt tabaka olan galyum oksit kullanarak bileşik yarı iletkenler olarak adlandırılan şeyleri üretecek. Putman’a göre buna “Talep edilen, tedariki yetersiz olan veya daha önce optimize edilmemiş, dolayısıyla maliyet açısından verimli olmayan özel çipler de dahildir.” diyor.
Bunun gibi daha yeni çipler üreten prefabrik nanofabriklerden oluşan bir sistem, şirketlerin veya akademik laboratuvarların tedarik zincirleri üzerinde daha fazla kontrol sahibi olmalarına yardımcı olabilir, arzı talebe göre daha hızlı ayarlamalarına ve kendilerini sık sık şoklara ve kıtlıklara maruz kalan bir pazardan izole etmelerine olanak tanıyabilir. İlk kuantum bilgisayar şirketi ve girişim yatırımcısı olan MagiQ Technologies’in kurucusu ve başkanı Bob Gelfond, “Süreci daha hızlı, daha ucuz, daha verimli hale getirmek; bu da sayıların daha hızlı ayarlanmasına, talep azaldıkça arzın azaltılmasına veya artırılmasına olanak tanıyor.” diyor.
Her Cubefabs, Nanotronics‘in tedarik ve prefabrikasyonu yönettiği, fabrikayı sahibinin ihtiyaçlarına göre kurduğu, servis ve izleme sağladığı ve lisans ücretlerinin yanı sıra fabrikanın çıktılarından elde edilen gelirden pay aldığı bir franchise modeli altında satılacak. Şirketin finans müdürü Alice Globus, bu fikrin Nanotronics’in projeyi sermayeye dönüştürmesine yardımcı olduğunu ve müşteriler üzerindeki mali ve beceri yükünü azalttığını, “bunun da onların bunu yapmalarını sağladığını” söylüyor. “Ayrıca fabrikanın sahibi olmadan da sürekli işin içinde olmamızı sağlıyor.“
Putman, “Bunu bir teslimat olarak düşünüyoruz.” diyor. “Bir enstrüman teslim etmemiz gibi, ama şimdi tam bir fabrika teslim ediyoruz.”
Yarı iletken ekonomisinin mevcut yasalarına meydan okumak için Nanotronics’in yine de çeşitli fikir ve teknolojileri tek bir uygulanabilir sistemde bir araya getirebileceğini göstermesi gerekecek. Bunu başarmak, yalnızca bir fabrika için gerekli olan birçok bileşenin ve boruların önceden üretilmesini değil, aynı zamanda talaş yapımı için gereken diğer makinelerin (birikim, kaplama, fotolitografi, temizleme ve diğer aletler ve gezinme) tedariki için potansiyel olarak düzinelerce ortakla çalışmayı da gerektirecek.
Özellikle ABD’de bir fabrika inşa etmek ve tüm karmaşık parçalarını monte etmek, beklenenden daha karmaşık ve daha maliyetli olma eğiliminde.
Nanotronics, Cubefabs fikrinin taslağını çizmeye başlamak için, sıcak Orta Doğu çöllerinden New York’un soğuk taşra bölgelerine kadar çeşitli iklimler için pratik olan fabrika tasarımlarını tanımlayabilecek tasarım ve iklim araştırmaları konusunda yardım almak üzere Rogers ve Arup‘a başvurdu. Dahili bir tasarım ekibi, dünya çapındaki çeşitli inşaat kurallarına ve düzenleyici ortamlara uyum sağlayabilmek için altyapı planlarını geliştirdi ve mühendisler yeni donanım ve makine öğrenimi yazılımı kombinasyonları üzerinde çalışmaya başladı.
Büyük çip fabrikaları zaten yüksek oranda otomatikleştirilmiştir, ancak Putman daha küçük, yapımı daha kolay fabrikaların otomasyonunun, vasıflı işçilerin kolayca bulunamadığı yerlerde fırsatlar açtığını düşünüyor. Vasıflı çip işçisi sıkıntısı yaygın; hatta ABD TSMC’nin tamamında bile Temmuz ayında Arizona’daki 12 milyar dolarlık tesisin açılışını erteledi çünkü fabrikanın ekipmanlarını kurmak için yeterli vasıflı işçi bulamadığını söyledi; yakın zamanda tesis çalışanlarının yarısının Tayvan’dan gelmesi gerekeceğini söyledi.
Putman, tek bir otomatik Cubefab’ın çalıştırılması için yalnızca 30 kişiye ihtiyaç duyulacağını ve bunların “yarı iletken uzmanları olmasına gerek olmadığını” söylüyor. “Yapay zeka, normalde bir fabrikada ihtiyaç duyacağınız uzmanlık ihtiyacını ortadan kaldırıyor.”
Cubefabs’ın Kuveyt merkezli yatırımcısı Anwaar AlMahmeed, küçük ölçekli çip yapımının otomatikleştirilmesinin özellikle Ortadoğu’da ve çip yapımının henüz yeni gelişmeye başladığı diğer bölgelerde cazip olabileceğini söylüyor.
Henüz çip substratı olarak ticarileştirilmemiş olan galyum oksidin seçimi başka bir zorluk oluşturabilir. Putman, kararın, bir fabrikayı küçük, uyarlanabilir, prefabrik bir tasarıma sığdırabilmenin yanı sıra “dünyadaki sorunlar olduğunu bildiğimiz kısıtlamalar” da dahil olmak üzere şirketin kendisi için belirlediği bir dizi sınırlamanın sonucu olduğunu söylüyor.
Galyum oksit diğer bileşik yarı iletkenlerden daha verimli ve silikondan yaklaşık beş kat daha verimli, bu da daha düşük ağırlık ve daha az pil aşınmasına olanak tanıyor. Yüksek ısıya dayanabilir, bu da onu daha çok yönlü kılıyor. Galyum toplu olarak da yetiştirilebiliyor ve ultra saf su ihtiyacını ortadan kaldırmak gibi daha az üretim ve kaynak talebi doğuruyor. Putman, galyum oksitle “Çok fazla gaz ve malzeme kullanmıyoruz ve aynı türden atıklarımız yok.” diyor. “Yüzlerce adım yerine yalnızca on iki adımlık bir süreç.”
Putman otomasyonun, diğer tüm faydalarına ek olarak; kaynak yoğunluğuyla bilinen ve çoğu tehlikeli olmak üzere yılda binlerce ton atık üreten bir endüstrinin çevresel etkisini daha da azaltmaya yardımcı olacağını umuyor. “Malzemeyi ve cihazı üretilmeden önce sabitleyen yapay zekaya sahip olduğunuz için, nihai malzemede daha az israf oluyor.” diyor.
Globus, inşaat ve tedarikle ilgili zorlukların başlangıçta kaçınılmaz olduğunu kabul ediyor ancak Nanotronics‘in çok çeşitli tedarikçi ve yüklenicileri yönetme becerisine güvendiğini söylüyor. “Diğer uygulama türleri için bunu binlerce kez yapmış olan uzmanlarla ortaklık yapıyoruz.”
Zorluklara rağmen riske değer. “Dünyayı değiştirecek teknolojiyi çok az kez görürsünüz ve sanırım şu anda bunun zirvesindeyiz.” diyor. “Üç yıl içinde dünyanın tamamen farklı bir yer olacağını düşünüyorum.“
Putman şunu ekliyor: “Ve bir Cubefab için bir yıla ihtiyacımız var!“
