Vijesti u industriji: GPU povećava potražnju za silikonskim rezinom

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 (poput bakra) i izolatora (poput stakla). Mala količina stranih atoma u silikonskoj strukturi može u osnovi promijeniti svoje ponašanje, tako da čistoća silicija za poluvodički razred mora biti zapanjujuće velika. Prihvatljiva minimalna čistoća za silicij elektroničkih razreda je 99,999999%.

To znači da je samo jedan ne-silikonski atom dopušten za svakih deset milijardi atoma. Dobra voda za piće omogućava 40 milijuna molekula koje nisu vode, što je 50 milijuna puta manje čistog od silicija za poluvodički stupanj.

Prazno proizvođači silikonskih vafera moraju pretvoriti silicij visoke čistoće u savršene jednokristalne strukture. To se postiže uvođenjem kristala samohrane majke u rastopljeni silicij na odgovarajućoj temperaturi. Kako se kristali novih kćeri počinju rasti oko majke kristala, silicij ingot polako formira iz rastopljenog silicija. Proces je spor i može potrajati tjedan dana. Gotov silicij ingot teži oko 100 kilograma i može napraviti preko 3000 vafar.

Vaferi su izrezani na tanke kriške pomoću vrlo fine dijamantne žice. Preciznost alata za rezanje silicija vrlo je velika, a operateri se moraju stalno nadzirati ili će početi koristiti alate za glupe stvari u kosi. Kratki uvod u proizvodnju silicijskih rezina previše je pojednostavljen i ne pripisuje u potpunosti doprinose genija; Ali nada se da će pružiti pozadinu za dublje razumijevanje silicijskog poslovanja.

Odnos ponude i potražnje silikonskih rezina

Tržište silicijskih vafera dominiraju četiri tvrtke. Dugo je tržište bilo u osjetljivoj ravnoteži između ponude i potražnje.
Pad prodaje poluvodiča u 2023. doveo je do toga da je tržište u stanju prekomjerne ponude, zbog čega su unutarnje i vanjske zalihe proizvođača čipova visoki. Međutim, ovo je samo privremena situacija. Kako se tržište oporavlja, industrija će se uskoro vratiti na rub kapaciteta i mora ispuniti dodatnu potražnju koju je donijela revolucija AI. Prijelaz iz tradicionalne arhitekture temeljene na CPU-u na ubrzano računanje imat će utjecaj na cijelu industriju, jer to može imati utjecaja na segmente niske vrijednosti industrije poluvodiča.

Arhitektura grafičke obrade (GPU) zahtijeva više silicijskog područja

Kako se potražnja za performansama povećava, proizvođači GPU -a moraju prevladati neka ograničenja dizajna kako bi postigli veće performanse od GPU -a. Očito je da je čip veći 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 da čip postane veći, poznat kao "ograničenje mrežnice".

Litografska granica odnosi se na maksimalnu veličinu čipa koji se može izložiti u jednom koraku u stroju litografije koji se koristi u proizvodnji poluvodiča. Ovo ograničenje određuje se maksimalnom veličinom magnetskog polja u litografskoj opremi, posebno stepper ili skener koji se koristi u procesu litografije. Za najnoviju tehnologiju ograničenje maske obično je oko 858 četvornih milimetara. Ograničenje veličine vrlo je važno jer određuje maksimalno područje koje se može uzorkovati na vaferu u jednoj izloženosti. Ako je vafel veći od ove granice, bit će potrebno više izloženosti kako bi se u potpunosti uzorkovao vafel, što je nepraktično za masovnu proizvodnju zbog složenosti i izazova usklađivanja. Novi GB200 prevladat će ovo ograničenje kombiniranjem dva čip supstrata s ograničenjima veličine čestica u silikonski međuslojni sloj, formirajući supstrat koji je ograničen na super čestica dvostruko veće. Ostala ograničenja performansi su količina memorije i udaljenost do te memorije (tj. Propusnost za opseg memorije). Nove GPU arhitekture prevladavaju ovaj problem korištenjem složene memorije visoke širine (HBM) koja je instalirana na isti silicijski interposer s dva GPU čipa. Iz silikonske perspektive, problem s HBM-om je u tome što je svaki dio silicijskog područja dvostruko više od tradicionalnog DRAM-a zbog visoko paralelnog sučelja potrebnog za visoku propusnost. HBM također integrira čip za upravljanje logikom u svaki snop, povećavajući područje silicija. Grubi izračun pokazuje da je silicijsko područje korišteno u 2,5D GPU arhitekturi 2,5 do 3 puta veća od tradicionalne arhitekture 2.0D. Kao što je ranije spomenuto, osim ako se za ovu promjenu nisu pripremljene tvrtke, kapacitet silicijskog vafera može opet postati vrlo tijesan.

Budući kapacitet tržišta silicija

Prvi od tri zakona proizvodnje poluvodiča je da najviše novca treba uložiti kada je na raspolaganju najmanje novca. To je zbog cikličke prirode u industriji, a poluvodičke tvrtke teško je slijediti ovo pravilo. Kao što je prikazano na slici, većina proizvođača silicijskih vafera prepoznala je utjecaj ove promjene i gotovo je utrostručila svoje ukupne tromjesečne kapitalne izdatke u posljednjih nekoliko četvrtina. Unatoč teškim tržišnim uvjetima, to je još uvijek slučaj. Ono što je još zanimljivije je da se ovaj trend dugo traje. Tvrtke za silicijske vafere imaju sreću ili znaju nešto što drugi ne. Lanac opskrbe poluvodiča je vremenski stroj koji može predvidjeti budućnost. Vaša budućnost može biti tuđa prošlost. Iako ne dobivamo uvijek odgovore, gotovo uvijek dobivamo vrijedna pitanja.