Duboko unutar opskrbnog lanca, neki mađioničari pretvaraju pijesak u savršene kristalne diskove od silicija s dijamantnom strukturom, koji su ključni za cijeli lanac opskrbe poluvodiča.Oni su dio opskrbnog lanca poluvodiča koji povećava vrijednost "silicijskog pijeska" za gotovo tisuću puta.Blagi sjaj koji vidite na plaži je silikon.Silicij je složeni kristal s lomljivošću i čvrstim metalom (metalna i nemetalna svojstva).Silicij je posvuda.
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 strukturi silicija može iz temelja promijeniti njegovo ponašanje, tako da čistoća poluvodičkog silicija mora biti zapanjujuće visoka.Prihvatljiva minimalna čistoća za elektronički silicij je 99,999999%.
To znači da je dopušten samo jedan atom koji nije silicij na svakih deset milijardi atoma.Dobra pitka voda dopušta 40 milijuna nevodenih molekula, što je 50 milijuna puta manje čistoće od poluvodičkog silicija.
Proizvođači praznih silikonskih 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, silicijski ingot se polako formira iz rastaljenog silicija.Proces je spor i može trajati tjedan dana.Gotov silikonski ingot težak je oko 100 kilograma i može napraviti više od 3000 pločica.
Oblatne se režu na tanke ploške vrlo finom dijamantnom žicom.Preciznost silikonskih alata za rezanje je vrlo visoka, a operateri moraju biti pod stalnim nadzorom ili će početi koristiti alate da rade glupe stvari svojoj kosi.Kratki uvod u proizvodnju silicijskih pločica previše je pojednostavljen i ne odaje u potpunosti priznanje doprinosu genija;ali se nadamo da će pružiti pozadinu za dublje razumijevanje poslovanja silicijskih pločica.
Odnos ponude i potražnje silicijskih pločica
Tržištem silicijskih pločica dominiraju četiri tvrtke.Tržište je već dugo u osjetljivoj ravnoteži između ponude i potražnje.
Pad prodaje poluvodiča u 2023. doveo je tržište do stanja prevelike ponude, 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 mora zadovoljiti dodatnu potražnju koju donosi AI revolucija.Prijelaz s tradicionalne arhitekture temeljene na CPU-u na ubrzano računalstvo imat će utjecaj na cijelu industriju, budući da bi to moglo utjecati na segmente niske vrijednosti u industriji poluvodiča.
Arhitekture grafičke procesorske jedinice (GPU) zahtijevaju više površine silikona
Kako se potražnja za performansama povećava, proizvođači GPU-a moraju prevladati neka ograničenja dizajna kako bi postigli bolje performanse GPU-a.Očito je da je povećanje čipa jedan od načina za postizanje većih performansi, budući da elektroni ne vole putovati dugim udaljenostima između različitih čipova, što ograničava performanse.Međutim, postoji praktično ograničenje povećanja čipa, poznato kao "ograničenje mrežnice".
Ograničenje litografije odnosi se na maksimalnu veličinu čipa koji se može izložiti u jednom koraku u litografskom stroju koji se koristi u proizvodnji poluvodiča.Ovo ograničenje je određeno maksimalnom veličinom magnetskog polja opreme za litografiju, posebno stepera ili skenera koji se koriste u procesu litografije.Za najnoviju tehnologiju, ograničenje maske je obično oko 858 kvadratnih milimetara.Ovo ograničenje veličine vrlo je važno jer određuje maksimalnu površinu koja se može uzorkovati na ploči u jednom izlaganju.Ako je pločica veća od ove granice, bit će potrebno višestruko izlaganje kako bi se pločica u potpunosti uzorkovala, što je nepraktično za masovnu proizvodnju zbog složenosti i problema s poravnavanjem.Novi GB200 će prevladati ovo ograničenje kombiniranjem dva supstrata čipa s ograničenjima veličine čestica u silicijski međusloj, tvoreći supstrat s ograničenim brojem superčestica koji je dvostruko veći.Ostala ograničenja performansi su količina memorije i udaljenost do te memorije (tj. propusnost memorije).Nove GPU arhitekture prevladavaju ovaj problem korištenjem naslagane memorije visoke propusnosti (HBM) koja je instalirana na isti silikonski interposer s dva GPU čipa.Iz perspektive silicija, problem s HBM-om je taj što je svaki bit silikonske površine dvostruko veći od tradicionalnog DRAM-a zbog visoko-paralelnog sučelja potrebnog za veliku propusnost.HBM također integrira logički kontrolni čip u svaki skup, povećavajući površinu silicija.Grubi izračun pokazuje da je površina silicija koja se koristi u 2.5D GPU arhitekturi 2.5 do 3 puta veća od tradicionalne 2.0D arhitekture.Kao što je ranije spomenuto, osim ako ljevaonice nisu spremne za ovu promjenu, kapacitet silicijskih pločica mogao bi ponovno postati vrlo tijesan.
Budući kapacitet tržišta silicijskih pločica
Prvi od tri zakona proizvodnje poluvodiča je da je potrebno uložiti najviše novca kada je dostupno najmanje novca.To je zbog cikličke prirode industrije, a poluvodičkim tvrtkama je teško slijediti to 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 još uvijek tako.Ono što je još zanimljivije je da ovaj trend traje već duže vrijeme.Tvrtke za proizvodnju silikonskih pločica imaju sreće ili znaju nešto što drugi ne znaju.Opskrbni lanac poluvodiča vremenski je stroj koji može predvidjeti budućnost.Vaša budućnost može biti tuđa prošlost.Iako ne dobivamo uvijek odgovore, gotovo uvijek dobivamo vrijedna pitanja.
Vrijeme objave: 17. lipnja 2024