Industri -nyheder: GPU øger efterspørgslen efter siliciumskiver

Silicium er det næst mest almindelige materiale på jorden efter ilt og det syvende mest almindelige materiale i universet. Silicium er en halvleder, hvilket betyder, at den har elektriske egenskaber mellem ledere (såsom kobber) og isolatorer (såsom glas). En lille mængde fremmede atomer i siliciumstrukturen kan grundlæggende ændre dens opførsel, så renheden af ​​halvlederkvalitets-silicium skal være forbløffende høj. Den acceptable minimumsrenhed for silicium i elektronisk kvalitet er 99.999999%.

Dette betyder, at kun et ikke-siliconatom er tilladt for hver ti milliarder atomer. Godt drikkevand giver mulighed for 40 millioner ikke-vandmolekyler, hvilket er 50 millioner gange mindre rent end silicium i halvlederkvalitet.

Blanke siliciumskiveproducenter skal konvertere silicium med høj renhed til perfekte strukturer med enkelt krystal. Dette gøres ved at introducere en enlig mor krystal i smeltet silicium ved den passende temperatur. Når nye datterkrystaller begynder at vokse rundt om moderkrystallen, dannes siliciumindholdet langsomt fra det smeltede silicium. Processen er langsom og kan tage en uge. Den færdige siliciumindgang vejer ca. 100 kg og kan fremstille over 3.000 skiver.

Skiverne skæres i tynde skiver ved hjælp af meget fin diamanttråd. Præcisionen af ​​siliciumskæringsværktøjerne er meget høj, og operatører skal konstant overvåges, eller de vil begynde at bruge værktøjerne til at gøre fjollede ting til deres hår. Den korte introduktion til produktion af siliciumskiver er for forenklet og krediterer ikke fuldt ud geniuses bidrag; Men det håber at give en baggrund for en dybere forståelse af siliciumskiven.

Forholdet og efterspørgselsforholdet mellem siliciumskiver

Silicium Wafer -markedet er domineret af fire virksomheder. I lang tid har markedet været i en delikat balance mellem udbud og efterspørgsel.
Faldet i salget af halvleder i 2023 har ført til, at markedet er i en overforsyningstilstand, hvilket får Chip Manufacturers interne og eksterne varebeholdninger til at være høje. Dette er dog kun en midlertidig situation. Efterhånden som markedet kommer sig, vil industrien snart vende tilbage til kanten af ​​kapaciteten og skal imødekomme den ekstra efterspørgsel, der er skabt af AI -revolutionen. Overgangen fra traditionel CPU-baseret arkitektur til accelereret computing vil have indflydelse på hele branchen, da dette dog kan have indflydelse på segmenterne med lav værdi af halvlederindustrien.

Grafikbehandlingsenhed (GPU) arkitekturer kræver mere siliciumområde

Efterhånden som efterspørgslen efter ydelse stiger, skal GPU -producenter overvinde nogle designbegrænsninger for at opnå højere ydelse fra GPU'er. Det er klart, at det at gøre chippen større er en måde at opnå højere ydelse på, da elektroner ikke kan lide at rejse lange afstande mellem forskellige chips, hvilket begrænser ydeevnen. Der er dog en praktisk begrænsning for at gøre chippen større, kendt som "nethindegrænsen".

Litografibegrænsen henviser til den maksimale størrelse af en chip, der kan udsættes i et enkelt trin i en litografimaskine, der bruges i halvlederproduktionen. Denne begrænsning bestemmes af den maksimale magnetiske feltstørrelse af litografien udstyr, især stepper eller scanner, der bruges i litografiprocessen. For den nyeste teknologi er maskegrænsen normalt omkring 858 kvadratmillimeter. Denne størrelsesbegrænsning er meget vigtig, fordi den bestemmer det maksimale areal, der kan mønstre på skiven i en enkelt eksponering. Hvis skiven er større end denne grænse, er der behov for flere eksponeringer for at mønstre skiven fuldt ud, hvilket er upraktisk for masseproduktion på grund af kompleksitet og justeringsudfordringer. Den nye GB200 vil overvinde denne begrænsning ved at kombinere to ChIP-underlag med partikelstørrelsesbegrænsninger i et silicium-mellemlag, hvilket danner et super-partikelbegrænset underlag, der er dobbelt så stort. Andre ydelsesbegrænsninger er mængden af ​​hukommelse og afstanden til den hukommelse (dvs. hukommelsesbåndbredde). Nye GPU-arkitekturer overvinder dette problem ved at bruge stablet hukommelse med høj båndbredde (HBM), der er installeret på den samme silicium-interposer med to GPU-chips. Fra et siliciumperspektiv er problemet med HBM, at hver bit af siliciumområde er dobbelt så stor som traditionel dram på grund af den høje parallelle grænseflade, der kræves til høj båndbredde. HBM integrerer også en logisk kontrolchip i hver stak, hvilket øger siliciumområdet. En grov beregning viser, at siliciumområdet, der bruges i 2,5D GPU -arkitektur, er 2,5 til 3 gange den af ​​den traditionelle 2.0D -arkitektur. Som nævnt tidligere, medmindre støberi -virksomheder er forberedt på denne ændring, kan siliciumskivekapacitet blive meget stram igen.

Fremtidig kapacitet på Silicon Wafer -markedet

Den første af de tre love om fremstilling af halvleder er, at de mest penge skal investeres, når det mindste beløb er tilgængelige. Dette skyldes industriens cykliske karakter, og halvlederfirmaer har svært ved at følge denne regel. Som vist på figuren har de fleste siliciumskiveproducenter anerkendt virkningen af ​​denne ændring og har næsten tredoblet deres samlede kvartalsvise kapitaludgifter i de sidste par kvartaler. På trods af de vanskelige markedsforhold er dette stadig tilfældet. Hvad der er endnu mere interessant er, at denne tendens har foregået i lang tid. Silicium Wafer -virksomheder er heldige eller ved noget, som andre ikke gør. Semiconductor -forsyningskæden er en tidsmaskine, der kan forudsige fremtiden. Din fremtid kan være en andens fortid. Selvom vi ikke altid får svar, får vi næsten altid værdifulde spørgsmål.