Novice v industriji: GPU poviša povpraševanje po silicijevih rezilih

Silicij je drugi najpogostejši material na Zemlji, po kisiku in sedmi najpogostejši material v vesolju. Silicij je polprevodnik, kar pomeni, da ima električne lastnosti med vodniki (na primer baker) in izolatorji (na primer steklo). Majhna količina tujih atomov v silicijevi strukturi lahko v bistvu spremeni svoje vedenje, zato mora biti čistost silicijevega polprevodnika presenetljivo visoka. Sprejemljiva minimalna čistost za silicij elektronskega razreda je 99.999999%.

To pomeni, da je na vsakih deset milijard atomov dovoljen le en atom, ki ni silikon. Dobra pitna voda omogoča 40 milijonov nevodnih molekul, kar je 50 milijonov krat manj čiste kot silicij iz polprevodnika.

Prazni proizvajalci silicijevih rezin morajo silicij z visoko čistoči pretvoriti v popolne enokristalne strukture. To se naredi tako, da pri ustrezni temperaturi vpišemo samohranilno kristal v staljeni silicij. Ko novi hčerinski kristali začnejo rasti okoli materinega kristala, se silicijev ingot počasi tvori iz staljenega silicija. Postopek je počasen in lahko traja teden dni. Končni silicijev ingot tehta približno 100 kilogramov in lahko naredi več kot 3000 rezin.

Rezine se razrežejo na tanke rezine z zelo fino diamantno žico. Natančnost orodij za rezanje silicija je zelo visoka, operaterje pa je treba nenehno spremljati ali pa bodo začeli uporabljati orodja, da bodo lase delali neumne stvari. Kratek uvod v proizvodnjo silicijevih rezin je preveč poenostavljen in ne pripisuje v celoti prispevkov genije; Upajo pa, da bodo zagotovili ozadje za globlje razumevanje podjetja Silicijeve rezine.

Razmerje med ponudbo in povpraševanjem silicijevih rezin

V trgu silicijevih rezin prevladujejo štiri podjetja. Trg je že dolgo v občutljivem ravnovesju med ponudbo in povpraševanjem.
Zaradi upada prodaje polprevodnikov leta 2023 je bil trg v prekomernem ponudbi, kar je povzročilo, da so notranje in zunanje zaloge proizvajalcev čipov visoki. Vendar je to le začasna situacija. Ko se trg okreva, se bo industrija kmalu vrnila na rob zmogljivosti in mora zadovoljiti dodatno povpraševanje, ki ga je prinesla revolucija AI. Prehod iz tradicionalne arhitekture na osnovi CPU-ja na pospešeno računalništvo bo vplival na celotno industrijo, saj lahko to vpliva na segmente nizke vrednosti v industriji polprevodnikov.

Arhitekture za grafično obdelavo (GPU) potrebujejo več območja silicija

Ko se povpraševanje po zmogljivosti povečuje, morajo proizvajalci GPU premagati nekatere omejitve oblikovanja, da dosežejo večje zmogljivosti GPU -jev. Očitno je, da je čip večji eden od načinov za doseganje večjih zmogljivosti, saj elektroni ne marajo potovati na dolge razdalje med različnimi čipi, kar omejuje zmogljivost. Vendar pa obstaja praktična omejitev, da je čip večji, znan kot "meja mrežnice".

Litografska meja se nanaša na največjo velikost čipa, ki ga je mogoče izpostaviti v enem koraku v litografskem stroju, ki se uporablja v proizvodnji polprevodnikov. To omejitev je določena z največjo velikostjo magnetnega polja litografske opreme, zlasti koraka ali skenerja, ki se uporablja v procesu litografije. Za najnovejšo tehnologijo je meja maske običajno približno 858 kvadratnih milimetrov. Ta omejitev velikosti je zelo pomembna, saj določa največjo površino, ki ga je mogoče v eni izpostavljenosti vzorčiti na rezini. Če je rezina večja od te meje, bo potrebnih več izpostavljenosti za v celoti vzorčiti rezine, ki je zaradi množične proizvodnje zaradi zapletenosti in poravnav nepraktičnih. Novi GB200 bo to omejitev premagal tako, da bo v silicijevem vmesnem sloju združil dva čip podlaga z omejitvami velikosti delcev in tvoril substrat z omejenim super delcem, ki je dvakrat večji. Druge omejitve zmogljivosti so količina pomnilnika in razdalja do tega pomnilnika (tj. Pasovna širina pomnilnika). Nove GPU arhitekture premagajo to težavo z uporabo zložljivega pomnilnika z visoko pasovno širino (HBM), ki je nameščen na istem silicijevem interposerju z dvema GPU čipov. S silicijevega vidika je težava s HBM-om ta, da je vsak delček silicijevega območja dvakrat večja od tradicionalnega drama zaradi visokega vzporednega vmesnika, potrebnega za visoko pasovno širino. HBM v vsak niz integrira tudi logični krmilni čip in poveča območje silicija. Grobi izračun kaže, da je območje silicija, ki se uporablja v 2,5D arhitekturi GPU, 2,5 do 3 -krat večja od tradicionalne 2,0D arhitekture. Kot smo že omenili, razen če niso pripravljene za to spremembo, lahko zmogljivost silicijeve rezine spet postane zelo tesna.

Prihodnja zmogljivost trga silicijskih rezin

Prvi od treh zakonov iz proizvodnje polprevodnikov je, da je treba največ denarja vložiti, ko je na voljo najmanj denarja. To je posledica ciklične narave industrije in polprevodniška podjetja težko sledijo temu pravilu. Kot je prikazano na sliki, je večina proizvajalcev silicijevih rezin prepoznala vpliv te spremembe in skoraj potrojila svoje skupne četrtletne kapitalske izdatke v zadnjih nekaj četrtinah. Kljub težkim tržnim pogojem je to še vedno tako. Še bolj zanimivo je, da se ta trend dogaja že dolgo. Podjetja za silicijeve rezine imajo srečo ali vedo nekaj, česar druga ne. Polprevodniška dobavna veriga je časovni stroj, ki lahko napoveduje prihodnost. Vaša prihodnost je morda preteklost nekoga drugega. Medtem ko ne dobimo vedno odgovorov, skoraj vedno dobimo vredno vprašanja.