Bransjenyheter: GPU øker etterspørselen etter silisiumskiver

Silisium er det nest vanligste materialet på jorden, etter oksygen, og det syvende vanligste materialet i universet.Silisium er en halvleder, noe som betyr at den har elektriske egenskaper mellom ledere (som kobber) og isolatorer (som glass).En liten mengde fremmede atomer i silisiumstrukturen kan fundamentalt endre oppførselen, så renheten til halvledersilisium må være forbløffende høy.Den akseptable minimumsrenheten for elektronisk silisium er 99,999999 %.

Dette betyr at kun ett ikke-silisiumatom er tillatt for hver ti milliarder atomer.Godt drikkevann gir rom for 40 millioner ikke-vannmolekyler, som er 50 millioner ganger mindre rent enn silisium av halvlederkvalitet.

Produsenter av blanke silisiumplater må konvertere silisium med høy renhet til perfekte enkeltkrystallstrukturer.Dette gjøres ved å introdusere en enslig moderkrystall i smeltet silisium ved passende temperatur.Når nye datterkrystaller begynner å vokse rundt moderkrystallen, dannes silisiumbarren sakte fra det smeltede silisiumet.Prosessen er langsom og kan ta en uke.Den ferdige silisiumbarren veier omtrent 100 kilo og kan lage over 3000 skiver.

Skivene kuttes i tynne skiver ved hjelp av veldig fin diamanttråd.Presisjonen til silisiumskjæreverktøyene er svært høy, og operatørene må overvåkes konstant, ellers vil de begynne å bruke verktøyene til å gjøre dumme ting med håret.Den korte introduksjonen til produksjon av silisiumskiver er for forenklet og krediterer ikke genienes bidrag fullt ut;men det er håp om å gi en bakgrunn for en dypere forståelse av silisiumwafer-virksomheten.

Forholdet mellom tilbud og etterspørsel av silisiumskiver

Silisiumwafermarkedet er dominert av fire selskaper.Markedet har i lang tid vært i en hårfin balanse mellom tilbud og etterspørsel.
Nedgangen i halvledersalget i 2023 har ført til at markedet er i en tilstand av overforsyning, noe som har fått brikkeprodusentenes interne og eksterne varelager til å være høye.Dette er imidlertid bare en midlertidig situasjon.Etter hvert som markedet kommer seg, vil industrien snart gå tilbake til kapasitetsgrensen og må møte den ekstra etterspørselen som AI-revolusjonen medfører.Overgangen fra tradisjonell CPU-basert arkitektur til akselerert databehandling vil ha innvirkning på hele industrien, da dette kan imidlertid ha innvirkning på lavverdisegmentene i halvlederindustrien.

Graphics Processing Unit (GPU)-arkitekturer krever mer silisiumareal

Ettersom etterspørselen etter ytelse øker, må GPU-produsenter overvinne noen designbegrensninger for å oppnå høyere ytelse fra GPUer.Å gjøre brikken større er åpenbart en måte å oppnå høyere ytelse, siden elektroner ikke liker å reise lange avstander mellom forskjellige brikker, noe som begrenser ytelsen.Det er imidlertid en praktisk begrensning for å gjøre brikken større, kjent som "retinagrensen".

Litografigrensen refererer til den maksimale størrelsen på en brikke som kan eksponeres i et enkelt trinn i en litografimaskin som brukes i halvlederproduksjon.Denne begrensningen bestemmes av den maksimale magnetiske feltstørrelsen til litografiutstyret, spesielt stepperen eller skanneren som brukes i litografiprosessen.For den nyeste teknologien er maskegrensen vanligvis rundt 858 kvadratmillimeter.Denne størrelsesbegrensningen er veldig viktig fordi den bestemmer det maksimale området som kan mønstres på waferen i en enkelt eksponering.Hvis waferen er større enn denne grensen, vil det være nødvendig med flere eksponeringer for å mønstre waferen fullt ut, noe som er upraktisk for masseproduksjon på grunn av kompleksitet og innrettingsutfordringer.Den nye GB200 vil overvinne denne begrensningen ved å kombinere to brikkesubstrater med partikkelstørrelsesbegrensninger til et silisiummellomlag, og danne et superpartikkelbegrenset substrat som er dobbelt så stort.Andre ytelsesbegrensninger er mengden minne og avstanden til det minnet (dvs. minnebåndbredde).Nye GPU-arkitekturer overvinner dette problemet ved å bruke stacked high-bandwidth memory (HBM) som er installert på samme silisium-mellomlegger med to GPU-brikker.Fra et silisiumperspektiv er problemet med HBM at hver bit av silisiumareal er dobbelt så stor som tradisjonell DRAM på grunn av det høyparallelle grensesnittet som kreves for høy båndbredde.HBM integrerer også en logisk kontrollbrikke i hver stabel, noe som øker silisiumområdet.En grov beregning viser at silisiumarealet som brukes i 2.5D GPU-arkitektur er 2.5 til 3 ganger større enn den tradisjonelle 2.0D-arkitekturen.Som nevnt tidligere, med mindre støperiselskaper er forberedt på denne endringen, kan silisiumwaferkapasiteten igjen bli svært trang.

Fremtidig kapasitet for silisiumwafermarkedet

Den første av de tre lovene for halvlederproduksjon er at mest penger må investeres når minst mulig penger er tilgjengelig.Dette skyldes bransjens sykliske karakter, og halvlederselskaper har vanskelig for å følge denne regelen.Som vist i figuren, har de fleste silisiumwaferprodusenter erkjent virkningen av denne endringen og har nesten tredoblet sine totale kvartalsvise kapitalutgifter de siste kvartalene.Til tross for vanskelige markedsforhold er dette fortsatt tilfelle.Det som er enda mer interessant er at denne trenden har pågått lenge.Silisiumwafer-selskaper er heldige eller vet noe som andre ikke vet.Halvlederforsyningskjeden er en tidsmaskin som kan forutsi fremtiden.Din fremtid kan være noen andres fortid.Selv om vi ikke alltid får svar, får vi nesten alltid verdifulle spørsmål.