Dziļi piegādes ķēdē daži burvji pārvērš smiltis perfektos dimanta struktūras silīcija kristāla diskos, kas ir būtiski visai pusvadītāju piegādes ķēdei. Tie ir daļa no pusvadītāju piegādes ķēdes, kas gandrīz tūkstoš reižu palielina "silīcija smilšu" vērtību. Blāvais spīdums, ko redzat pludmalē, ir silīcijs. Silīcijs ir sarežģīts kristāls ar trauslumu un cietam metālam līdzīgu raksturu (metāliskas un nemetāliskas īpašības). Silīcijs ir visur.
Silīcijs ir otrais visizplatītākais materiāls uz Zemes pēc skābekļa un septītais visizplatītākais materiāls Visumā. Silīcijs ir pusvadītājs, kas nozīmē, ka tam piemīt elektriskās īpašības starp vadītājiem (piemēram, varu) un izolatoriem (piemēram, stiklu). Neliels daudzums svešu atomu silīcija struktūrā var būtiski mainīt tā uzvedību, tāpēc pusvadītāju klases silīcija tīrībai ir jābūt pārsteidzoši augstai. Pieņemamā minimālā tīrība elektroniskās klases silīcijam ir 99,999999%.
Tas nozīmē, ka uz katriem desmit miljardiem atomu ir atļauts tikai viens atoms, kas nav silīcija atoms. Labs dzeramais ūdens pieļauj 40 miljonus molekulu, kas nav ūdens molekulas, kas ir 50 miljonus reižu mazāk tīras nekā pusvadītāju klases silīcijs.
Tukšu silīcija plākšņu ražotājiem augstas tīrības pakāpes silīcijs jāpārveido perfektās monokristāla struktūrās. To panāk, ievietojot vienu māteskristālu izkausētā silīcijā atbilstošā temperatūrā. Kad ap māteskristālu sāk augt jauni meitaskristāli, no izkausētā silīcija lēnām veidojas silīcija stieņi. Process ir lēns un var ilgt nedēļu. Gatavais silīcija stieņis sver aptuveni 100 kilogramus un no tiem var izgatavot vairāk nekā 3000 plākšņu.
Plāksnes tiek sagrieztas plānās šķēlēs, izmantojot ļoti smalku dimanta stiepli. Silīcija griešanas instrumentu precizitāte ir ļoti augsta, un operatori ir pastāvīgi jāuzrauga, pretējā gadījumā viņi sāks izmantot instrumentus, lai darītu muļķības ar saviem matiem. Īsais ievads silīcija plākšņu ražošanā ir pārāk vienkāršots un pilnībā neatzīst ģēniju ieguldījumu; taču cerams, ka tas sniegs pamatu dziļākai izpratnei par silīcija plākšņu biznesu.
Silīcija plākšņu piedāvājuma un pieprasījuma attiecības
Silīcija plākšņu tirgū dominē četri uzņēmumi. Ilgu laiku tirgū ir bijis delikāts līdzsvars starp piedāvājumu un pieprasījumu.
Pusvadītāju pārdošanas apjomu kritums 2023. gadā ir novedis pie tirgus pārprodukcijas, izraisot mikroshēmu ražotāju iekšējo un ārējo krājumu pieaugumu. Tomēr šī ir tikai īslaicīga situācija. Tirgum atveseļojoties, nozare drīz atgriezīsies pie jaudu robežas un tai būs jāapmierina papildu pieprasījums, ko rada mākslīgā intelekta revolūcija. Pāreja no tradicionālās uz centrālajiem procesoriem balstītās arhitektūras uz paātrinātu skaitļošanu ietekmēs visu nozari, jo tas var ietekmēt pusvadītāju nozares zemās vērtības segmentus.
Grafikas procesora (GPU) arhitektūrām ir nepieciešams lielāks silīcija laukums.
Pieaugot veiktspējas prasībām, GPU ražotājiem ir jāpārvar daži dizaina ierobežojumi, lai panāktu lielāku GPU veiktspēju. Acīmredzot mikroshēmas palielināšana ir viens no veidiem, kā sasniegt augstāku veiktspēju, jo elektroniem nepatīk pārvietoties lielos attālumos starp dažādām mikroshēmām, kas ierobežo veiktspēju. Tomēr mikroshēmas palielināšanai pastāv praktisks ierobežojums, kas pazīstams kā "tīklenes ierobežojums".
Litogrāfijas ierobežojums attiecas uz maksimālo mikroshēmas izmēru, ko var eksponēt vienā solī litogrāfijas iekārtā, ko izmanto pusvadītāju ražošanā. Šo ierobežojumu nosaka litogrāfijas iekārtas maksimālais magnētiskā lauka izmērs, īpaši litogrāfijas procesā izmantotā soļu pārveidotāja vai skenera. Jaunākajām tehnoloģijām maskas ierobežojums parasti ir aptuveni 858 kvadrātmilimetri. Šis izmēra ierobežojums ir ļoti svarīgs, jo tas nosaka maksimālo laukumu, ko var uzzīmēt uz vafeles vienā ekspozīcijā. Ja vafele ir lielāka par šo ierobežojumu, būs nepieciešamas vairākas ekspozīcijas, lai pilnībā izveidotu vafeles rakstu, kas masveida ražošanai ir nepraktiski sarežģītības un izlīdzināšanas problēmu dēļ. Jaunais GB200 pārvarēs šo ierobežojumu, apvienojot divus mikroshēmas substrātus ar daļiņu izmēra ierobežojumiem silīcija starpslānī, veidojot superdaļiņu ierobežotu substrātu, kas ir divreiz lielāks. Citi veiktspējas ierobežojumi ir atmiņas apjoms un attālums līdz šai atmiņai (t. i., atmiņas joslas platums). Jaunās GPU arhitektūras pārvar šo problēmu, izmantojot sakrautu liela joslas platuma atmiņu (HBM), kas ir instalēta uz tā paša silīcija starpposma ar divām GPU mikroshēmām. No silīcija viedokļa HBM problēma ir tā, ka katrs silīcija bits ir divreiz lielāks nekā tradicionālajā DRAM, jo liela joslas platuma nodrošināšanai nepieciešama augsta paralēlā saskarne. HBM katrā kaudzē integrē arī loģiskās vadības mikroshēmu, tādējādi palielinot silīcija laukumu. Aptuvens aprēķins rāda, ka 2,5D GPU arhitektūrā izmantotais silīcija laukums ir 2,5 līdz 3 reizes lielāks nekā tradicionālajā 2,0D arhitektūrā. Kā minēts iepriekš, ja vien lietuves uzņēmumi nebūs gatavi šīm izmaiņām, silīcija plākšņu ietilpība atkal var kļūt ļoti ierobežota.
Silīcija plākšņu tirgus nākotnes jauda
Pirmais no trim pusvadītāju ražošanas likumiem ir tāds, ka visvairāk naudas ir jāiegulda tad, kad ir pieejama vismazākā naudas summa. Tas ir saistīts ar nozares ciklisko raksturu, un pusvadītāju uzņēmumiem ir grūti ievērot šo likumu. Kā parādīts attēlā, lielākā daļa silīcija plākšņu ražotāju ir atzinuši šo izmaiņu ietekmi un pēdējo ceturkšņu laikā ir gandrīz trīskāršojuši savus kopējos ceturkšņa kapitālieguldījumus. Neskatoties uz sarežģītajiem tirgus apstākļiem, tas joprojām ir tā. Vēl interesantāk ir tas, ka šī tendence turpinās jau ilgu laiku. Silīcija plākšņu uzņēmumiem ir paveicies vai arī tie zina kaut ko tādu, ko citi nezina. Pusvadītāju piegādes ķēde ir laika mašīna, kas var paredzēt nākotni. Jūsu nākotne var būt kāda cita pagātne. Lai gan mēs ne vienmēr saņemam atbildes, mēs gandrīz vienmēr saņemam vērtīgus jautājumus.
Publicēšanas laiks: 2024. gada 17. jūnijs