Вести од индустријата: Графичкиот процесор ја зголемува побарувачката за силиконски плочки

Силициумот е втор најчест материјал на Земјата, по кислородот, и седмиот најчест материјал во универзумот. Силициумот е полупроводник, што значи дека има електрични својства помеѓу спроводници (како што е бакарот) и изолатори (како што е стаклото). Мала количина на туѓи атоми во структурата на силициумот може фундаментално да го промени неговото однесување, па затоа чистотата на силициумот од полупроводнички квалитет мора да биде неверојатно висока. Прифатливата минимална чистота за силициум од електронски квалитет е 99,999999%.

Ова значи дека е дозволен само еден атом кој не е силициум за секои десет милијарди атоми. Добрата вода за пиење дозволува 40 милиони молекули кои не се вода, што е 50 милиони пати помалку чисто од силициумот од полупроводнички квалитет.

Производителите на празни силиконски плочки мора да го претворат силициумот со висока чистота во совршени монокристални структури. Ова се прави со воведување на еден мајчин кристал во стопен силициум на соодветна температура. Како што новите ќерки кристали почнуваат да растат околу мајчиниот кристал, силиконската плочка полека се формира од стопениот силициум. Процесот е бавен и може да трае една недела. Готовата силиконска плочка тежи околу 100 килограми и може да направи над 3.000 плочки.

Обландите се сечат на тенки парчиња со многу фина дијамантска жица. Прецизноста на силиконските алатки за сечење е многу висока, а операторите мора постојано да се следат, во спротивно ќе почнат да ги користат алатките за да прават глупави работи со косата. Краткиот вовед во производството на силиконски обланди е премногу поедноставен и не ги признава целосно придонесите на генијалците; но се надеваме дека ќе обезбеди основа за подлабоко разбирање на бизнисот со силиконски обланди.

Односот помеѓу понудата и побарувачката на силиконски плочки

Пазарот на силиконски плочки е доминиран од четири компании. Долго време, пазарот е во деликатна рамнотежа помеѓу понудата и побарувачката.
Падот на продажбата на полупроводници во 2023 година го доведе пазарот во состојба на прекумерна понуда, што предизвика високи внатрешни и надворешни залихи на производителите на чипови. Сепак, ова е само привремена ситуација. Како што пазарот се опоравува, индустријата наскоро ќе се врати на работ на капацитетот и ќе мора да ја задоволи дополнителната побарувачка што ја донесе револуцијата на вештачката интелигенција. Транзицијата од традиционална архитектура базирана на процесорот кон забрзано пресметување ќе има влијание врз целата индустрија, бидејќи сепак, ова може да има влијание врз сегментите со ниска вредност на полупроводничката индустрија.

Архитектурите на графичката процесорска единица (GPU) бараат поголема силиконска површина

Како што побарувачката за перформанси се зголемува, производителите на графички процесори мора да надминат некои ограничувања во дизајнот за да постигнат повисоки перформанси од графичките процесори. Очигледно, зголемувањето на чипот е еден начин да се постигнат повисоки перформанси, бидејќи електроните не сакаат да патуваат на долги растојанија помеѓу различните чипови, што ги ограничува перформансите. Сепак, постои практично ограничување за зголемување на чипот, познато како „граница на мрежницата“.

Литографското ограничување се однесува на максималната големина на чип што може да се изложи во еден чекор во машина за литографија што се користи во производството на полупроводници. Ова ограничување е определено од максималната големина на магнетното поле на опремата за литографија, особено чекорот или скенерот што се користи во процесот на литографија. За најновата технологија, ограничувањето на маската е обично околу 858 квадратни милиметри. Ова ограничување на големината е многу важно бидејќи ја одредува максималната површина што може да се обликува на плочката со една експозиција. Ако плочката е поголема од ова ограничување, ќе бидат потребни повеќекратни експозиции за целосно обликување на плочката, што е непрактично за масовно производство поради сложеноста и предизвиците со усогласувањето. Новиот GB200 ќе го надмине ова ограничување со комбинирање на два чип супстрати со ограничувања на големината на честичките во силиконски меѓуслој, формирајќи супстрат со ограничени супер честички што е двојно поголем. Други ограничувања на перформансите се количината на меморија и растојанието до таа меморија (т.е. пропусниот опсег на меморијата). Новите GPU архитектури го надминуваат овој проблем со користење на наредена меморија со висок пропусен опсег (HBM) што е инсталирана на истиот силиконски меѓуслој со два GPU чипа. Од силиконска перспектива, проблемот со HBM е што секој бит од силиконската површина е двојно поголема од традиционалната DRAM поради високо-паралелниот интерфејс потребен за висок пропусен опсег. HBM, исто така, интегрира чип за логичка контрола во секој стек, зголемувајќи ја силиконската површина. Груба пресметка покажува дека силиконската површина што се користи во 2.5D GPU архитектурата е 2,5 до 3 пати поголема од традиционалната 2.0D архитектура. Како што споменавме претходно, освен ако компаниите за леарница не се подготвени за оваа промена, капацитетот на силиконските плочки може повторно да стане многу ограничен.

Иден капацитет на пазарот на силиконски плочки

Првиот од трите закони на производството на полупроводници е дека најмногу пари треба да се инвестираат кога е достапна најмала количина пари. Ова се должи на цикличната природа на индустријата, а полупроводничките компании тешко го следат ова правило. Како што е прикажано на сликата, повеќето производители на силиконски плочки го препознаа влијанието на оваа промена и речиси ги утроија своите вкупни квартални капитални расходи во последните неколку квартали. И покрај тешките пазарни услови, ова е сè уште случај. Уште поинтересно е што овој тренд трае долго време. Компаниите за силиконски плочки имаат среќа или знаат нешто што другите не го знаат. Синџирот на снабдување со полупроводници е временска машина што може да ја предвиди иднината. Вашата иднина може да биде туѓо минато. Иако не секогаш добиваме одговори, речиси секогаш добиваме вредни прашања.