Novice iz industrije: GPU povečuje povpraševanje po silicijevih rezinah

Silicij je za kisikom drugi najpogostejši material na Zemlji in sedmi najpogostejši material v vesolju.Silicij je polprevodnik, kar pomeni, da ima električne lastnosti med prevodniki (kot je baker) in izolatorji (kot je steklo).Majhna količina tujih atomov v strukturi silicija lahko bistveno spremeni njegovo obnašanje, zato mora biti čistost silicija polprevodniškega razreda osupljivo visoka.Najmanjša sprejemljiva čistost za elektronski silicij je 99,999999 %.

To pomeni, da je na vsakih deset milijard atomov dovoljen samo en nesilicijev atom.Dobra pitna voda omogoča 40 milijonov nevodnih molekul, kar je 50-milijonkrat manj čisto kot polprevodniški silicij.

Proizvajalci praznih silicijevih rezin morajo pretvoriti silicij visoke čistosti v popolne enokristalne strukture.To se naredi tako, da se matični kristal vnese v staljeni silicij pri ustrezni temperaturi.Ko začnejo novi hčerinski kristali rasti okoli matičnega kristala, se silicijev ingot počasi oblikuje iz staljenega silicija.Postopek je počasen in lahko traja teden dni.Končni silicijev ingot tehta približno 100 kilogramov in lahko izdela več kot 3000 rezin.

Oblate narežemo na tanke rezine z zelo fino diamantno žico.Natančnost silikonskih rezalnih orodij je zelo visoka in operaterje je treba nenehno nadzorovati, sicer bodo začeli uporabljati orodja za delanje neumnosti s svojimi lasmi.Kratek uvod v proizvodnjo silicijevih rezin je preveč poenostavljen in ne upošteva v celoti prispevkov genijev;vendar upamo, da bo zagotovil ozadje za globlje razumevanje poslovanja s silicijevimi rezinami.

Razmerje med ponudbo in povpraševanjem silicijevih rezin

Trg silicijevih rezin obvladujejo štiri podjetja.Trg je že dolgo časa v občutljivem ravnovesju med ponudbo in povpraševanjem.
Padec prodaje polprevodnikov v letu 2023 je povzročil, da je trg v stanju presežne ponudbe, zaradi česar so notranje in zunanje zaloge proizvajalcev čipov visoke.Vendar je to le začasno stanje.Ko si trg opomore, se bo industrija kmalu vrnila na rob zmogljivosti in mora zadovoljiti dodatno povpraševanje, ki ga prinaša revolucija umetne inteligence.Prehod s tradicionalne arhitekture, ki temelji na procesorju, na pospešeno računalništvo bo vplival na celotno industrijo, saj bo to lahko vplivalo na nizkocenovne segmente industrije polprevodnikov.

Arhitekture grafične procesne enote (GPU) zahtevajo več površine silicija

Ker se povpraševanje po zmogljivosti povečuje, morajo proizvajalci grafičnih procesorjev premagati nekatere omejitve zasnove, da bi dosegli večjo zmogljivost grafičnih procesorjev.Očitno je povečanje čipa eden od načinov za doseganje višje zmogljivosti, saj elektroni ne marajo potovati na dolge razdalje med različnimi čipi, kar omejuje zmogljivost.Vendar pa obstaja praktična omejitev povečanja čipa, znana kot "omejitev mrežnice".

Omejitev litografije se nanaša na največjo velikost čipa, ki se lahko izpostavi v enem koraku v litografskem stroju, ki se uporablja pri proizvodnji polprevodnikov.Ta omejitev je določena z največjo velikostjo magnetnega polja litografske opreme, zlasti koračnega ali skenerja, ki se uporablja v procesu litografije.Za najnovejšo tehnologijo je meja maske običajno okoli 858 kvadratnih milimetrov.Ta omejitev velikosti je zelo pomembna, ker določa največjo površino, ki jo je mogoče vzorčiti na rezini v eni sami osvetlitvi.Če je rezina večja od te meje, bo potrebnih več osvetlitev, da se rezina v celoti vzorči, kar je nepraktično za množično proizvodnjo zaradi kompleksnosti in težav pri poravnavi.Novi GB200 bo premagal to omejitev s kombinacijo dveh substratov čipov z omejitvami glede velikosti delcev v silicijev vmesni sloj, ki tvori substrat z omejeno količino super delcev, ki je dvakrat večji.Druge omejitve zmogljivosti so količina pomnilnika in razdalja do tega pomnilnika (tj. pasovna širina pomnilnika).Nove arhitekture GPE premagajo to težavo z uporabo zloženega pomnilnika visoke pasovne širine (HBM), ki je nameščen na istem silikonskem vmesniku z dvema čipoma GPE.Z vidika silicija je težava pri HBM v tem, da je vsak bit silicijeve površine dvakrat večji od tradicionalnega DRAM-a zaradi visoko vzporednega vmesnika, ki je potreben za visoko pasovno širino.HBM prav tako integrira logični nadzorni čip v vsak sklad, s čimer poveča površino silicija.Grobi izračun kaže, da je površina silicija, uporabljena v arhitekturi 2.5D GPU, 2,5- do 3-krat večja od tradicionalne arhitekture 2.0D.Kot smo že omenili, če livarna niso pripravljena na to spremembo, lahko zmogljivost silicijevih rezin spet postane zelo omejena.

Prihodnja zmogljivost trga silicijevih rezin

Prvi od treh zakonov proizvodnje polprevodnikov je, da je treba vložiti največ denarja, 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 je v zadnjih nekaj četrtletjih skoraj potrojila svoje skupne četrtletne kapitalske izdatke.Kljub težkim razmeram na trgu je še vedno tako.Še bolj zanimivo pa je, da ta trend traja že dolgo.Podjetja za silicijeve rezine imajo srečo ali pa vedo nekaj, česar drugi ne.Dobavna veriga polprevodnikov je časovni stroj, ki lahko napove prihodnost.Vaša prihodnost je lahko preteklost nekoga drugega.Čeprav ne dobimo vedno odgovorov, skoraj vedno dobimo vredna vprašanja.