Bransjyheter: 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 (for eksempel kobber) og isolatorer (for eksempel glass). En liten mengde utenlandske atomer i silisiumstrukturen kan fundamentalt endre atferden, så renheten til halvlederklasse silisium må være forbausende høy. Den akseptable minimumsrinnen for elektronisk silisium er 99.999999%.

Dette betyr at bare ett ikke-silisiumatom er tillatt for hvert ti milliarder atomer. Godt drikkevann gir for 40 millioner molekyler som ikke er vann, som er 50 millioner ganger mindre rent enn silisium i halvlederklasse.

Blank silisiumskiveprodusenter må konvertere silisium med høy renhet til perfekte enkeltkrystallstrukturer. Dette gjøres ved å introdusere en enslig morkrystall i smeltet silisium ved passende temperatur. Når nye datterkrystaller begynner å vokse rundt morkrystallen, dannes silisiumgot sakte fra det smeltede silisiumet. Prosessen er treg og kan ta en uke. Den ferdige silisiumgotten veier rundt 100 kilo og kan lage over 3000 skiver.

Skivene kuttes i tynne skiver ved å bruke veldig fin diamanttråd. Presisjonen til silisiumskjæreverktøyene er veldig høy, og operatørene må kontinuerlig overvåkes, ellers vil de begynne å bruke verktøyene til å gjøre dumme ting i håret. Den korte introduksjonen til produksjonen av silisiumskiver er for forenklet og krediterer ikke genieres bidrag fullt ut; Men det er håpet å gi en bakgrunn for en dypere forståelse av silisiumskivebransjen.

Forsynings- og etterspørselsforholdet til silisiumskiver

Silicon Wafer -markedet er dominert av fire selskaper. I lang tid har markedet vært i en delikat balanse mellom tilbud og etterspørsel.
Nedgangen i halvlederomsetningen i 2023 har ført til at markedet var i en tilstand av overforsyning, noe som ført til at brikkeprodusentenes interne og eksterne varelager er høy. Dette er imidlertid bare en midlertidig situasjon. Når markedet gjenoppretter, vil industrien snart komme tilbake til kanten av kapasiteten og må oppfylle den ekstra etterspørselen som AI -revolusjonen har gitt. Overgangen fra tradisjonell CPU-basert arkitektur til akselerert databehandling vil ha innvirkning på hele industrien, da dette imidlertid kan ha innvirkning på lavverdisegmentene i halvlederindustrien.

Graphics Processing Unit (GPU) Arkitekturer krever mer silisiumområde

Når etterspørselen etter ytelse øker, må GPU -produsenter overvinne noen designbegrensninger for å oppnå høyere ytelse fra GPUer. Å gjøre brikken større er selvfølgelig en måte å oppnå høyere ytelse på, ettersom elektroner ikke liker å reise lange avstander mellom forskjellige brikker, noe som begrenser ytelsen. Imidlertid er det en praktisk begrensning for å gjøre brikken større, kjent som "Retina -grensen".

Litografimålet refererer til den maksimale størrelsen på en brikke som kan utsettes i et enkelt trinn i en litografimaskin som brukes i halvlederproduksjon. Denne begrensningen bestemmes av den maksimale magnetfeltstørrelsen til litografiutstyret, spesielt trinn eller skanner som brukes i litografiprosessen. For den nyeste teknologien er maskegrensen vanligvis rundt 858 kvadratmeter store millimeter. Denne størrelsesbegrensningen er veldig viktig fordi den bestemmer det maksimale området som kan mønstres på skiven i en enkelt eksponering. Hvis skiven er større enn denne grensen, vil det være nødvendig med flere eksponeringer for å mønstre skiven fullt ut, noe som er upraktisk for masseproduksjon på grunn av kompleksitet og justeringsutfordringer. Den nye GB200 vil overvinne denne begrensningen ved å kombinere to brikkesubstrater med partikkelstørrelsesbegrensninger i et silisium-mellomlag, og danne et superpartikkelbegrenset underlag 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 stablet høye båndbreddeminne (HBM) som er installert på den samme silisium-interposeren med to GPU-brikker. Fra et silisiumperspektiv er problemet med HBM at hvert bit av silisiumområdet er dobbelt så stor som tradisjonell dram på grunn av det høye parallelle grensesnittet som kreves for høy båndbredde. HBM integrerer også en logisk kontrollbrikke i hver stabel, og øker silisiumområdet. En grov beregning viser at silisiumområdet som ble brukt i 2,5D GPU -arkitektur er 2,5 til 3 ganger den for den tradisjonelle 2,0D -arkitekturen. Som nevnt tidligere, med mindre Foundry Companies er forberedt på denne endringen, kan silisiumskivekapasitet bli veldig stram igjen.

Fremtidens kapasitet i Silicon Wafer -markedet

Den første av de tre lovene om halvlederproduksjon er at mest penger må investeres når minst mulig penger er tilgjengelig. Dette skyldes bransjens sykliske natur, og halvlederbedrifter har vanskelig for denne regelen. Som vist på figuren har de fleste silisiumskiveprodusenter erkjent virkningen av denne endringen og har nesten tredoblet de totale kvartalsvise kapitalutgiftene de siste kvartalene. Til tross for de vanskelige markedsforholdene, er dette fortsatt tilfelle. Det som er enda mer interessant er at denne trenden har pågått i lang tid. Silicon wafer -selskaper er heldige eller vet noe som andre ikke gjør. Halvlederforsyningskjeden er en tidsmaskin som kan forutsi fremtiden. Fremtiden din kan være andres fortid. Selv om vi ikke alltid får svar, får vi nesten alltid verdige spørsmål.