Vijesti iz industrije: GPU potiče potražnju za silicijskim pločicama

Silicij je drugi najčešći materijal na Zemlji, nakon kisika, i sedmi najčešći materijal u svemiru. Silicij je poluvodič, što znači da ima električna svojstva između vodiča (kao što je bakar) i izolatora (kao što je staklo). Mala količina stranih atoma u silicijskoj strukturi može temeljno promijeniti njegovo ponašanje, tako da čistoća silicija poluvodičke kvalitete mora biti zapanjujuće visoka. Prihvatljiva minimalna čistoća za silicij elektroničke kvalitete je 99,999999%.

To znači da je na svakih deset milijardi atoma dopušten samo jedan atom koji nije silicij. Dobra voda za piće dopušta 40 milijuna molekula koje nisu voda, što je 50 milijuna puta manje čisto od silicija poluvodičke kvalitete.

Proizvođači praznih silicijskih pločica moraju pretvoriti silicij visoke čistoće u savršene monokristalne strukture. To se postiže uvođenjem jednog matičnog kristala u rastaljeni silicij na odgovarajućoj temperaturi. Kako novi kristali kćeri počinju rasti oko matičnog kristala, silicijev ingot se polako formira iz rastaljenog silicija. Proces je spor i može trajati tjedan dana. Gotovi silicijev ingot teži oko 100 kilograma i može se napraviti preko 3000 pločica.

Pločice se režu na tanke kriške vrlo finom dijamantnom žicom. Preciznost alata za rezanje silicija je vrlo visoka, a operateri se moraju stalno nadzirati, inače će početi koristiti alate za gluposti sa svojom kosom. Kratak uvod u proizvodnju silicijevih pločica je previše pojednostavljen i ne priznaje u potpunosti doprinose genijalaca; ali se nada da će pružiti pozadinu za dublje razumijevanje poslovanja sa silicijskim pločicama.

Odnos ponude i potražnje silicijskih pločica

Tržište silicijskih pločica dominiraju četiri tvrtke. Tržište je dugo bilo u osjetljivoj ravnoteži između ponude i potražnje.
Pad prodaje poluvodiča u 2023. godini doveo je do prezasićenosti tržišta, što je uzrokovalo visoke interne i eksterne zalihe proizvođača čipova. Međutim, ovo je samo privremena situacija. Kako se tržište oporavlja, industrija će se uskoro vratiti na rub kapaciteta i morat će zadovoljiti dodatnu potražnju koju donosi revolucija umjetne inteligencije. Prijelaz s tradicionalne arhitekture temeljene na CPU-u na ubrzano računalstvo utjecat će na cijelu industriju, kao i na segmente poluvodičke industrije s niskom vrijednošću. Međutim, to bi moglo utjecati na segmente poluvodičke industrije s niskom vrijednošću.

Arhitekture grafičkih procesorskih jedinica (GPU) zahtijevaju više silikonske površine

Kako se potražnja za performansama povećava, proizvođači grafičkih procesora (GPU) moraju prevladati neka ograničenja dizajna kako bi postigli veće performanse GPU-ova. Očito je da je povećanje čipa jedan od načina za postizanje većih performansi, jer elektroni ne vole putovati na velike udaljenosti između različitih čipova, što ograničava performanse. Međutim, postoji praktično ograničenje povećanja čipa, poznato kao "retina limit".

Litografsko ograničenje odnosi se na maksimalnu veličinu čipa koji se može eksponirati u jednom koraku u litografskom stroju koji se koristi u proizvodnji poluvodiča. Ovo ograničenje određeno je maksimalnom veličinom magnetskog polja litografske opreme, posebno steppera ili skenera koji se koriste u litografskom procesu. Za najnoviju tehnologiju, ograničenje maske obično je oko 858 četvornih milimetara. Ovo ograničenje veličine vrlo je važno jer određuje maksimalnu površinu koja se može oblikovati na pločici u jednoj ekspoziciji. Ako je pločica veća od ove granice, bit će potrebno više ekspozicija kako bi se pločica u potpunosti oblikovala, što je nepraktično za masovnu proizvodnju zbog složenosti i izazova poravnanja. Novi GB200 će prevladati ovo ograničenje kombiniranjem dvaju podloga čipa s ograničenjima veličine čestica u silicijski međusloj, formirajući podlogu s ograničenjem superčestica koja je dvostruko veća. Druga ograničenja performansi su količina memorije i udaljenost do te memorije (tj. propusnost memorije). Nove GPU arhitekture prevladavaju ovaj problem korištenjem složene memorije velike propusnosti (HBM) koja je instalirana na istom silicijumskom međusloju s dva GPU čipa. Iz perspektive silicija, problem s HBM-om je taj što je svaki bit silicija dvostruko veći od tradicionalnog DRAM-a zbog visokoparalelnog sučelja potrebnog za veliku propusnost. HBM također integrira logički kontrolni čip u svaki stog, povećavajući površinu silicija. Grubi izračun pokazuje da je površina silicija korištena u 2.5D GPU arhitekturi 2,5 do 3 puta veća od tradicionalne 2.0D arhitekture. Kao što je ranije spomenuto, osim ako tvrtke za proizvodnju silicija nisu spremne za ovu promjenu, kapacitet silicijskih pločica mogao bi ponovno postati vrlo ograničen.

Budući kapacitet tržišta silicijskih pločica

Prvi od tri zakona proizvodnje poluvodiča jest da se najviše novca treba uložiti kada je najmanje novca dostupno. To je zbog cikličke prirode industrije, a tvrtke koje se bave poluvodičima teško slijede ovo pravilo. Kao što je prikazano na slici, većina proizvođača silicijskih pločica prepoznala je utjecaj ove promjene i gotovo je utrostručila svoje ukupne kvartalne kapitalne izdatke u posljednjih nekoliko kvartala. Unatoč teškim tržišnim uvjetima, to je i dalje slučaj. Još je zanimljivije da se ovaj trend događa već dugo. Tvrtke koje se bave silicijskim pločicama imaju sreće ili znaju nešto što drugi ne znaju. Lanac opskrbe poluvodičima je vremeplov koji može predvidjeti budućnost. Vaša budućnost može biti nečija prošlost. Iako ne dobivamo uvijek odgovore, gotovo uvijek dobivamo vrijedna pitanja.