Dziļi piegādes ķēdē daži burvji pārvērš smiltis par perfektiem dimanta struktūras silīcija kristāla diskiem, kas ir būtiski visā pusvadītāju piegādes ķēdē.Tie ir daļa no pusvadītāju piegādes ķēdes, kas palielina "silīcija smilšu" vērtību gandrīz tūkstoš reižu.Vājš mirdzums, ko redzat pludmalē, ir silīcijs.Silīcijs ir sarežģīts kristāls ar trauslumu un cietam metālam (metāliskas un nemetāla īpašības).Silīcijs ir visur.
Silīcijs ir otrs izplatītākais materiāls uz Zemes pēc skābekļa un septītais izplatītākais materiāls Visumā.Silīcijs ir pusvadītājs, kas nozīmē, ka tam ir elektriskās īpašības starp vadītājiem (piemēram, varu) un izolatoriem (piemēram, stiklu).Neliels svešzemju atomu daudzums silīcija struktūrā var būtiski mainīt tā uzvedību, tāpēc pusvadītāju kvalitātes silīcija tīrībai jābūt pārsteidzoši augstai.Pieņemamā minimālā tīrības pakāpe elektroniskajam silīcijam ir 99,999999%.
Tas nozīmē, ka uz katriem desmit miljardiem atomu ir atļauts tikai viens atoms, kas nav silīcija.Labs dzeramais ūdens pieļauj 40 miljonus neūdens molekulu, kas ir 50 miljonus reižu mazāk tīras nekā pusvadītāju kvalitātes silīcijs.
Tukšo silīcija plāksnīšu ražotājiem augstas tīrības pakāpes silīcijs jāpārveido par perfektām viena kristāla struktūrām.Tas tiek darīts, ievietojot vienu mātes kristālu izkausētā silīcijā atbilstošā temperatūrā.Kad ap mātes kristālu sāk augt jauni meitas kristāli, no izkausētā silīcija lēnām veidojas silīcija lietnis.Process ir lēns un var ilgt nedēļu.Gatavais silīcija lietnis sver aptuveni 100 kilogramus un var izgatavot vairāk nekā 3000 vafeļu.
Vafeles sagriež plānās šķēlēs, izmantojot ļoti smalku dimanta stiepli.Silīcija griezējinstrumentu precizitāte ir ļoti augsta, un operatori ir pastāvīgi jāuzrauga, pretējā gadījumā viņi sāks izmantot instrumentus, lai nodarītu muļķīgas lietas saviem matiem.Īss ievads par silīcija vafeļu ražošanu ir pārāk vienkāršots un pilnībā neatspoguļo ģēniju ieguldījumu;bet cerams, ka tas nodrošinās pamatu dziļākai izpratnei par silīcija vafeļu biznesu.
Silīcija plātņu piedāvājuma un pieprasījuma attiecības
Silīcija plāksnīšu tirgū dominē četri uzņēmumi.Ilgu laiku tirgū ir bijis delikāts līdzsvars starp piedāvājumu un pieprasījumu.
Pusvadītāju pārdošanas apjoma kritums 2023. gadā ir novedis pie tirgus pārprodukcijas, kā rezultātā mikroshēmu ražotāju iekšējie un ārējie krājumi ir augsti.Tomēr šī ir tikai īslaicīga situācija.Tirgū atveseļojoties, nozare drīz atgriezīsies pie jaudas robežas, un tai būs jāapmierina mākslīgā intelekta revolūcijas radītais papildu pieprasījums.Pāreja no tradicionālās uz CPU balstītas arhitektūras uz paātrinātu skaitļošanu atstās iespaidu uz visu nozari, jo tomēr tas var ietekmēt pusvadītāju nozares mazvērtības segmentus.
Grafikas apstrādes vienību (GPU) arhitektūrām nepieciešams vairāk silīcija laukuma
Pieaugot pieprasījumam pēc veiktspējas, GPU ražotājiem ir jāpārvar daži dizaina ierobežojumi, lai nodrošinātu augstāku GPU veiktspēju.Acīmredzot mikroshēmas palielināšana ir viens no veidiem, kā sasniegt augstāku veiktspēju, jo elektroniem nepatīk ceļot lielos attālumos starp dažādām mikroshēmām, kas ierobežo veiktspēju.Tomēr ir praktiski ierobežojumi, lai palielinātu mikroshēmu, kas pazīstama kā "tīklenes robeža".
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 lielums, jo īpaši litogrāfijas procesā izmantotais stepper vai skeneris.Jaunākajām tehnoloģijām maskas ierobežojums parasti ir aptuveni 858 kvadrātmilimetri.Šis izmēra ierobežojums ir ļoti svarīgs, jo tas nosaka maksimālo laukumu, ko var uzrakstīt uz vafeles vienā ekspozīcijā.Ja plāksne ir lielāka par šo robežu, būs nepieciešamas vairākas ekspozīcijas, lai pilnībā veidotu vafeles modeli, kas ir nepraktiski masveida ražošanā sarežģītības un izlīdzināšanas problēmu dēļ.Jaunais GB200 pārvarēs šo ierobežojumu, apvienojot divus mikroshēmu substrātus ar daļiņu izmēra ierobežojumiem silīcija starpslānī, veidojot substrātu ar ierobežotu daļiņu daudzumu, kas ir divreiz lielāks.Citi veiktspējas ierobežojumi ir atmiņas apjoms un attālums līdz šai atmiņai (ti, atmiņas joslas platums).Jaunās GPU arhitektūras atrisina šo problēmu, izmantojot stacked high-bandwidth atmiņu (HBM), kas ir instalēta tajā pašā silīcija starpposmā ar divām GPU mikroshēmām.Raugoties no silīcija perspektīvas, HBM problēma ir tāda, ka katrs silīcija laukuma bits ir divreiz lielāks par tradicionālo DRAM, jo lielam joslas platumam nepieciešamais augsti paralēlais interfeiss.HBM arī integrē loģiskās vadības mikroshēmu katrā kaudzē, palielinot silīcija laukumu.Aptuvens aprēķins parāda, ka 2,5 D GPU arhitektūrā izmantotais silīcija laukums ir 2,5–3 reizes lielāks nekā tradicionālajā 2,0 D arhitektūrā.Kā minēts iepriekš, ja vien lietuves uzņēmumi nav gatavi šīm izmaiņām, silīcija plāksnīšu jauda atkal var kļūt ļoti ierobežota.
Silīcija vafeļu 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 noteikumu.Kā parādīts attēlā, lielākā daļa silīcija plāksnīšu ražotāju ir atzinuši šo izmaiņu ietekmi un pēdējos ceturkšņos ir gandrīz trīskāršojuši savus kopējos ceturkšņa kapitālizdevumus.Neskatoties uz sarežģītajiem tirgus apstākļiem, tas joprojām pastāv.Vēl interesantāk ir tas, ka šī tendence pastāv jau ilgu laiku.Silīcija vafeļu uzņēmumiem ir paveicies vai viņi 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: 17. jūnijs 2024