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एकीकृत परिपथ, या संक्षेप में आईसी चिप्स, मूल रूप से छोटे-छोटे घटकों के संग्रह से मिलकर बने होते हैं ट्रांजिस्टर , प्रतिरोधक, संधारित्र , और विभिन्न प्रकार के संपर्कों को सेमीकंडक्टर सामग्री के एक ही टुकड़े पर सीधे बनाया जाता है, आमतौर पर सिलिकॉन। जब निर्माता इन छोटे घटकों के हजारों या यहां तक कि लाखों को एक नाखून के आकार के बराबर आकार में पैक करते हैं, तो वे ऐसी चिप्स बनाते हैं जो सिग्नल को बढ़ाने, डेटा को संसाधित करने और बिजली वितरण का प्रबंधन करने जैसे बहुत जटिल कार्य कर सकती हैं। आज के एकीकृत सर्किट काम करते हैं क्योंकि चालक सामग्री, निरोधक और अर्धचालकों से बनी उन अत्यंत सटीक परतों के कारण जो एक दूसरे के ऊपर जुड़ी होती हैं। यह प्रौद्योगिकी उन उपकरणों के लिए संभव बनाती है जिनका हम अपने दैनिक जीवन में उपयोग करते हैं, हमारे स्मार्टफोन से लेकर अस्पताल के निगरानी उपकरण तक, आश्चर्यजनक कार्य करने में सक्षम बनाती है, जबकि फिर भी पुरानी प्रौद्योगिकियों की तुलना में अपेक्षाकृत कम शक्ति का उपयोग करती है।
एक आईसी चिप का प्रदर्शन चार प्राथमिक घटकों पर निर्भर करता है:
| घटक | रोल | उदाहरण अनुप्रयोग |
|---|---|---|
| ट्रांजिस्टर | विद्युत संकेतों को स्विच या प्रवर्धित करें | सीपीयू तार्किक गेट |
| प्रतिरोधों | वोल्टेज और धारा प्रवाह को नियंत्रित करें | वोल्टेज विभाजक |
| संधारित्र | विद्युत आवेश को संग्रहित और मुक्त करें | शोर फ़िल्टरिंग सर्किट |
| इंटरकनेक्ट्स | घटकों के बीच मार्ग संकेत | एक चिप पर तांबे के ट्रेस |
ये तत्व एक साथ बिना किसी रुकावट के काम करते हैं, जहां 5nm लिथोग्राफी जैसी उन्नत निर्माण तकनीकों से तेज़ और अधिक कुशल प्रसंस्करण के लिए घनिष्ठ एकीकरण संभव होता है।
यह वर्गीकरण इंजीनियरों को अनुकूलतम आईसी प्रकार चुनने में सक्षम बनाता है: सेंसर इंटरफेस के लिए एनालॉग, गणना के लिए डिजिटल, और दोनों की आवश्यकता वाली स्मार्ट प्रणालियों के लिए मिश्र-संकेत।
आधुनिक स्मार्टफोन और कंप्यूटर संक्षिप्त, ऊर्जा-कुशल डिज़ाइन में शक्तिशाली प्रसंस्करण प्रदान करने के लिए आईसी चिप्स पर निर्भर करते हैं। ये सूक्ष्म इलेक्ट्रॉनिक घटक निर्देश निष्पादन से लेकर नेटवर्क कनेक्टिविटी तक सभी कुछ को सटीकता के साथ प्रबंधित करते हैं।
आधुनिक मोबाइल प्रोसेसर चिप पर सिस्टम (SoC) तकनीक पर निर्भर करते हैं, जहाँ CPU, GPU और विभिन्न AI घटक एक छोटे से सिलिकॉन के टुकड़े पर एक साथ मौजूद होते हैं। उदाहरण के लिए, ऐप्पल की A सीरीज़ चिप्स या क्वालकॉम की स्नैपड्रैगन लाइनअप लें। ये चिप्स 4K वीडियो को संभाल सकते हैं और वास्तविक समय में भाषाओं का अनुवाद भी कर सकते हैं, जो कुछ साल पहले तक संभव नहीं था। लिंक्डइन की पिछले साल की कुछ उद्योग रिपोर्टों के अनुसार, ये पुराने मॉडलों की तुलना में लगभग 20 प्रतिशत ठंडा चलते हैं, हालांकि सटीक संख्या उपयोग की स्थिति के आधार पर भिन्न हो सकती है। इसका व्यावहारिक अर्थ यह है कि आज के स्मार्टफोन केवल मूलभूत कंप्यूटरों के साथ प्रतिस्पर्धा नहीं कर रहे हैं, बल्कि पारंपरिक रूप से कम-स्तरीय लैपटॉप से जिस स्तर की उम्मीद की जाती थी, उस स्तर तक प्रदर्शन कर रहे हैं।
पावर मैनेजमेंट इंटीग्रेटेड सर्किट (PMIC) स्मार्टफोन के विभिन्न घटकों में वोल्टेज वितरण को नियंत्रित करते हैं, जिससे आईसी-आधारित नहीं होने वाली प्रणालियों की तुलना में ऊर्जा की बर्बादी में 30% तक की कमी आती है (STMicroelectronics 2024)। इस बीच, 5G मॉडेम में मिलीमीटर-वेव आईसी 10 Gbps से अधिक डाउनलोड गति सक्षम करते हैं, जो बिना विराम के स्ट्रीमिंग और क्लाउड गेमिंग अनुभव को समर्थन देता है।
उच्च-प्रदर्शन कंप्यूटिंग विशेष आईसी वास्तुकला पर निर्भर करती है। AMD की राइज़न श्रृंखला जैसे डेस्कटॉप सीपीयू 5nm FinFET तकनीक का उपयोग करके 72mm² डाइज़ में 16 कोर लगाते हैं, जबकि सर्वर-ग्रेड जीपीयू 2020 के मॉडलों की तुलना में कृत्रिम बुद्धिमत्ता प्रशिक्षण कार्यों को 12 गुना तेज़ी से संसाधित करते हैं। ये उन्नतियाँ जनरेटिव एआई और रीयल-टाइम रे ट्रेसिंग जैसी उभरती प्रौद्योगिकियों का आधार हैं।
हमारी स्मार्टवॉच और फिटनेस बैंड के अंदर मौजूद छोटे आईसी चिप्स ही वे हैं जो इन उपकरणों को इतना कार्यात्मक बनाए रखते हैं और फिर भी पूरे दिन तक चलते हैं। ये जीपीएस ट्रैकिंग को संभालते हैं, हृदय गति की निगरानी करते हैं, और बैटरी को तेजी से ड्रेन किए बिना ब्लूटूथ कनेक्शन का प्रबंधन करते हैं। पिछले साल शीर्ष चिप निर्माताओं द्वारा प्रकाशित शोध में पाया गया कि कुछ नए कम ऊर्जा वाले माइक्रोकंट्रोलर आईसी पुराने मॉडलों की तुलना में लगभग 40% तक ऊर्जा के उपयोग को कम कर देते हैं। बाजार के रुझानों पर नजर डालें, तो स्वास्थ्य मेट्रिक्स पर केंद्रित वियरेबल तकनीक की बिक्री अकेले 2024 में दुनिया भर में 84 मिलियन से अधिक हुई। उन उपकरणों में से लगभग 62% में चार्ज के बीच उपयोगकर्ताओं को लंबे समय तक पहनने का समय देने के लिए उन्नत पावर मैनेजमेंट इंटीग्रेटेड सर्किट (PMIC) शामिल किए गए थे।
मिक्स्ड-सिग्नल आईसी में एनालॉग सेंसर और डिजिटल प्रोसेसिंग के संयोजन के कारण रोजमर्रा के गैजेट्स में स्वास्थ्य मेट्रिक्स को ट्रैक करना संभव हो गया है, जो पहले केवल चिकित्सा उपकरणों के लिए आरक्षित था। ये छोटे ऑप्टिकल बायोसेंसर एडीसी (ADCs) के साथ मिलकर लगभग 98% की शानदार सटीकता के साथ रक्त में ऑक्सीजन के स्तर (SpO2) की जाँच करते हैं, और इतने संकुचित वियरएबल्स में फिट होते हैं जिनकी मोटाई एक दस पैसे के सिक्के से भी अधिक नहीं होती। पोनमैन इंस्टीट्यूट के 2023 में किए गए एक हालिया अध्ययन में एक आश्चर्यजनक बात सामने आई—इन वियरएबल सिस्टम के माध्यम से वास्तविक समय में ईसीजी मॉनिटरिंग ने हृदय रोगियों के अस्पताल में दोबारा भर्ती होने की दर को लगभग 22% तक कम कर दिया। और भी दिलचस्प बात यह है कि इन ऑनबोर्ड एआई चिप्स द्वारा समस्याओं को पहचानने की गति कितनी तेज है। ये एट्रियल फाइब्रिलेशन जैसी अनियमित हृदय गति को महज 15 सेकंड के भीतर पकड़ लेते हैं, जिसका बड़े पैमाने पर विश्लेषण करें तो यह लगभग 10,000 उपयोगकर्ताओं के लिए प्रति वर्ष लगभग 740,000 डॉलर की बचत के बराबर है।
आधुनिक उपकरणों में पाए जाने वाले मोटर नियंत्रण आईसी चीजों जैसे फ्रिज में कंप्रेसर के कार्य करने की दक्षता में सुधार करने और वाशर में पानी के प्रवाह को नियंत्रित करने में मदद करते हैं, जिससे इन उपकरणों को अधिक शांत ढंग से चलाया जा सके और विभिन्न परिस्थितियों के अनुकूल बनाया जा सके। बाजार के रुझानों पर विचार करते समय, पिछले वर्ष फ्यूचर मार्केट इनसाइट्स के अनुसार, उपभोक्ता उपकरण इन प्रकार के एकीकृत सर्किट की कुल मांग का लगभग 21.2 प्रतिशत हिस्सा बनाते हैं। थर्मोस्टैट भी एनालॉग आईसी तकनीक पर निर्भर करते हैं, जो हमारे द्वारा महसूस की जाने वाली तापमान में उतार-चढ़ाव को सटीक डिजिटल पठन में बदल देते हैं, ताकि हमारे घर अधिकतम आधे डिग्री सेल्सियस के भीतर आरामदायक बने रहें।
हमारे घरों में 32-बिट माइक्रोकंट्रोलर उन आईओटी नेटवर्क के माध्यम से आने वाली विभिन्न प्रकार की रीयल-टाइम जानकारी को संभालते हैं। वे मूल रूप से गति सेंसर, आर्द्रता सेंसर और हाल ही में हर जगह देखे जा रहे स्मार्ट प्लग जैसी चीजों से आने वाले संकेतों के लिए ट्रैफ़िक कॉप्स की तरह काम करते हैं। हाल की उद्योग रिपोर्टों के अनुसार, आजकल घरेलू स्वचालन उपकरणों के लगभग दो तिहाई हिस्से में मिश्रित सिग्नल चिप्स होती हैं। ये घटक तापमान में परिवर्तन की निगरानी से लेकर वाई-फाई कनेक्शन का प्रबंधन करने तक सब कुछ संभालते हैं। इसका सामान्य लोगों के लिए क्या अर्थ है? इसका अर्थ यह है कि हमारे फ्रिज बिजली दरों में वृद्धि के समय को सीख सकते हैं और स्वचालित रूप से ऑपरेशन को ऑफ-पीक समय में स्विच कर सकते हैं। सुरक्षा कैमरे तब तक ऊर्जा बर्बाद करना बंद कर देते हैं जब तक कि वास्तव में कोई घर पर नहीं होता, और केवल तब चालू होते हैं जब वे घर में रहने वालों के आधार पर परिचित गति पैटर्न का पता लगाते हैं।
ईयू के इकोडिज़ाइन 2025 नियम निर्माताओं को रोजमर्रा के घरेलू उपकरणों में अधिक एनालॉग आईसी प्रौद्योगिकी शामिल करने के लिए प्रेरित कर रहे हैं, जिसने 2019 के बाद से स्टैंडबाय बिजली की खपत में लगभग 40% की कमी कर दी है। वोल्टेज रेगुलेटर और उन शानदार पीएमआईसी घटक जैसी चीजें इन उपकरणों को निष्क्रिय अवस्था में उस महत्वपूर्ण 1 वाट के निशान से ऊपर जाए बिना एनर्जी स्टार आवश्यकताओं को पूरा करने में सक्षम बनाती हैं। आगे देखें तो, उद्योग के पूर्वानुमान बताते हैं कि 2029 तक इन एनालॉग चिप्स के बाजार में लगभग 17 बिलियन डॉलर की वृद्धि होगी। हाल की बाजार विश्लेषण रिपोर्टों के अनुसार, स्मार्ट थर्मोस्टैट और आधुनिक तापन/शीतलन प्रणाली इस प्रगति का नेतृत्व कर रहे हैं। संख्याएँ तेजी से प्रगति की कहानी कहती हैं क्योंकि कंपनियाँ ऊर्जा दक्षता के लिए नियामक आवश्यकताओं और उपभोक्ता अपेक्षाओं दोनों को पूरा करने के लिए तेजी से प्रयास कर रही हैं।
स्ट्रीमिंग डिवाइस और स्मार्ट टीवी का दिल उन छोटे आईसी चिप्स में होता है जो पृष्ठभूमि में काम करके उच्च-रिज़ॉल्यूशन वीडियो को डिकोड, प्रोसेस और भेजते रहते हैं। ये छोटे लेकिन मजबूत चिप्स 4K को बेहतर दिखाने, झटकों वाली गति को सुचारु बनाने और इंटरनेट कनेक्शन की गुणवत्ता के अनुसार वीडियो की गुणवत्ता समायोजित करने जैसी चीजों का ध्यान रखते हैं। कुछ विशिष्ट चिप्स एचडीआर सामग्री को संभालने पर विशेष रूप से केंद्रित होते हैं, जिसका अर्थ है समृद्ध रंग और गहरे काले रंग, बिना उन छोटी स्ट्रीमिंग स्टिक्स पर बैटरी तेजी से खत्म हुए, जो लोग अपने टीवी में लगाते हैं। अब हम 8K सामग्री के लिए लगभग 12 गीगाबिट प्रति सेकंड की गति की बात कर रहे हैं, जो अधिकांश लोगों को अभी आवश्यकता नहीं है, लेकिन निर्माता प्रतिस्पर्धा के कारण इसे बनाते रहते हैं क्योंकि प्रतिस्पर्धा नवाचार को आगे बढ़ाती है।
मिश्रित सिग्नल एकीकृत परिपथ पुराने एनालॉग ऑडियो सिग्नल और आधुनिक डिजिटल प्रसंस्करण तकनीक के बीच संपर्क बिंदु के रूप में कार्य करते हैं, जिससे शोर कम करना, विशिष्ट स्थानिक ऑडियो प्रभाव और गतिशील कंट्रास्ट बढ़ाव जैसी सुविधाएँ संभव होती हैं जो आज के स्मार्ट टीवी में देखी जाती हैं। ये छोटे चिप्स वास्तविक समय में वीडियो सुधार एल्गोरिदम को सक्षम करते हैं जो कृत्रिम बुद्धिमत्ता के साथ काम करके सामान्य 1080p सामग्री को अपस्केल करते हैं ताकि वह लगभग 4K सामग्री की तरह दिखे। इन घटकों के अंदर एडीसी (एनालॉग-टू-डिजिटल कनवर्टर) होते हैं जो 192 किलोहर्ट्ज़ से अधिक की गति से सैंपल करते हैं, जिससे साउंडबार और घरेलू थिएटर सिस्टम को वह पेशेवर स्टूडियो गुणवत्ता वाला ऑडियो अनुभव मिलता है जिसे अधिकांश लोग अपने बैठकरूम में कभी संभव नहीं समझते थे। इस पूरी व्यवस्था को वास्तव में दिलचस्प बनाता है कि यह पुराने उपकरणों के साथ संगतता बनाए रखते हुए भी हमारी स्क्रीन और स्पीकर की संयुक्त क्षमता की सीमाओं को आगे बढ़ा रही है।
गेमर्स जो रे ट्रेसिंग के माध्यम से वास्तविक लाइटिंग प्रभावों के साथ-साथ प्रति सेकंड 120 फ्रेम या उससे बेहतर चाहते हैं, वे उन एकीकृत सर्किट्स की मांग को बढ़ा रहे हैं जो टेराफ्लॉप्स के संसाधन क्षमता के दौरान एक साथ विशाल मात्रा में डेटा को संभाल सकते हैं। पोनेमन इंस्टीट्यूट के 2023 में किए गए हालिया अनुसंधान के अनुसार, अब सभी शीर्ष स्तरीय गेमिंग रिग्स में से आधे से अधिक में उन्नत चिप डिज़ाइन वाले शक्तिशाली ग्राफिक्स कार्ड लगे होते हैं, जो मांग वाले ट्रिपल ए गेम चलाते समय इनपुट लैग को दस मिलीसेकंड से कम रखते हैं। कंसोल निर्माताओं ने भी इसमें हाथ बंटाया है, ऊर्जा बचाने वाली 5nm प्रक्रिया प्रौद्योगिकी चिप्स का चयन किया है जो गर्मी को प्रबंधित करने में मदद करते हैं, जबकि अभी भी ठोस प्रदर्शन प्रदान करते हैं। इन सभी उन्नतियों के कारण यह स्पष्ट है कि पिछले साल की तुलना में क्लाउड गेमिंग सेवाओं में लगभग 33 प्रतिशत की वृद्धि देखी गई है। इन मंचों के पीछे के सर्वर्स को भी औद्योगिक स्तर के प्रोसेसर की आवश्यकता होती है क्योंकि वे विभिन्न उपकरणों पर एक साथ खेल रहे लाखों लोगों के लिए पूरे गेम को वास्तविक समय में रेंडर कर रहे होते हैं।