În adâncul lanțului de aprovizionare, unii magicieni transformă nisipul în discuri cristaline de siliciu cu structură diamantată perfectă, esențiale pentru întregul lanț de aprovizionare cu semiconductori. Aceștia fac parte din lanțul de aprovizionare cu semiconductori care crește valoarea „nisipului de siliciu” de aproape o mie de ori. Strălucirea slabă pe care o vedeți pe plajă este siliciu. Siliciul este un cristal complex, fragil și are proprietăți asemănătoare metalului solid (proprietăți metalice și nemetalice). Siliciul este peste tot.
Siliciul este al doilea cel mai răspândit material de pe Pământ, după oxigen, și al șaptelea cel mai răspândit material din univers. Siliciul este un semiconductor, ceea ce înseamnă că are proprietăți electrice între conductori (cum ar fi cuprul) și izolatori (cum ar fi sticla). O cantitate mică de atomi străini în structura siliciului îi poate schimba fundamental comportamentul, așadar puritatea siliciului de calitate semiconductoare trebuie să fie uimitor de mare. Puritatea minimă acceptabilă pentru siliciul de calitate electronică este de 99,999999%.
Asta înseamnă că este permis doar un atom non-siliciu pentru fiecare zece miliarde de atomi. Apa potabilă bună permite 40 de milioane de molecule non-apa, ceea ce este de 50 de milioane de ori mai puțin pur decât siliciul de calitate semiconductoare.
Producătorii de napolitane de siliciu brute trebuie să transforme siliciul de înaltă puritate în structuri monocristaline perfecte. Acest lucru se realizează prin introducerea unui singur cristal mamă în siliciul topit la temperatura corespunzătoare. Pe măsură ce noi cristale fiice încep să crească în jurul cristalului mamă, lingoul de siliciu se formează lent din siliciul topit. Procesul este lent și poate dura o săptămână. Lingoul de siliciu finit cântărește aproximativ 100 de kilograme și poate produce peste 3.000 de napolitane.
Napolitanele sunt tăiate în felii subțiri folosind sârmă diamantată foarte fină. Precizia uneltelor de tăiere a siliciului este foarte mare, iar operatorii trebuie monitorizați constant, altfel vor începe să folosească uneltele pentru a-și face lucruri prostești cu părul. Scurta introducere în producția de napolitane de siliciu este prea simplificată și nu recunoaște pe deplin contribuțiile geniilor; dar se speră să ofere un context pentru o înțelegere mai profundă a industriei napolitanelor de siliciu.
Relația dintre cererea și oferta de napolitane de siliciu
Piața plachetelor de siliciu este dominată de patru companii. Multă vreme, piața s-a aflat într-un echilibru delicat între cerere și ofertă.
Scăderea vânzărilor de semiconductori în 2023 a dus la o supraofertă pe piață, ceea ce a cauzat un nivel ridicat al stocurilor interne și externe ale producătorilor de cipuri. Cu toate acestea, aceasta este doar o situație temporară. Pe măsură ce piața își revine, industria va reveni în curând la limita capacității și va trebui să satisfacă cererea suplimentară generată de revoluția inteligenței artificiale. Tranziția de la arhitectura tradițională bazată pe procesoare la calcul accelerat va avea un impact asupra întregii industrii, deoarece acest lucru ar putea avea un impact asupra segmentelor cu valoare scăzută ale industriei semiconductorilor.
Arhitecturile unităților de procesare grafică (GPU) necesită mai multă suprafață de siliciu
Pe măsură ce cererea de performanță crește, producătorii de GPU-uri trebuie să depășească unele limitări de proiectare pentru a obține performanțe mai mari de la GPU-uri. Evident, mărirea cipului este o modalitate de a obține performanțe mai mari, deoarece electronii nu doresc să călătorească pe distanțe lungi între diferite cipuri, ceea ce limitează performanța. Cu toate acestea, există o limitare practică a măririi cipului, cunoscută sub numele de „limita retinei”.
Limita litografiei se referă la dimensiunea maximă a unui cip care poate fi expusă într-o singură etapă într-o mașină de litografie utilizată în fabricarea semiconductorilor. Această limitare este determinată de dimensiunea maximă a câmpului magnetic al echipamentului de litografie, în special al motorului pas cu pas sau al scanerului utilizat în procesul de litografie. Pentru cea mai recentă tehnologie, limita măștii este de obicei în jur de 858 de milimetri pătrați. Această limitare de dimensiune este foarte importantă deoarece determină suprafața maximă care poate fi modelată pe plachetă într-o singură expunere. Dacă placheta este mai mare decât această limită, vor fi necesare expuneri multiple pentru a modela complet placheta, ceea ce este impracticabil pentru producția de masă din cauza complexității și a provocărilor de aliniere. Noul GB200 va depăși această limitare prin combinarea a două substraturi de cip cu limitări de dimensiune a particulelor într-un strat intermediar de siliciu, formând un substrat super-limitat de particule care este de două ori mai mare. Alte limitări de performanță sunt cantitatea de memorie și distanța până la acea memorie (adică lățimea de bandă a memoriei). Noile arhitecturi GPU depășesc această problemă utilizând memorie suprapusă cu lățime de bandă mare (HBM) care este instalată pe același interpozitor de siliciu cu două cipuri GPU. Din perspectiva siliciului, problema cu HBM este că fiecare bit de siliciu are o suprafață dublă față de cea a DRAM-ului tradițional, datorită interfeței cu paralelism ridicat necesară pentru o lățime de bandă mare. HBM integrează, de asemenea, un cip de control logic în fiecare stivă, mărind suprafața siliciului. Un calcul aproximativ arată că suprafața siliciului utilizată în arhitectura GPU 2.5D este de 2,5 până la 3 ori mai mare decât cea a arhitecturii tradiționale 2.0D. Așa cum am menționat anterior, dacă companiile de turnătorie nu sunt pregătite pentru această schimbare, capacitatea plachetelor de siliciu ar putea deveni din nou foarte limitată.
Capacitatea viitoare a pieței de napolitane de siliciu
Prima dintre cele trei legi ale fabricării semiconductorilor este că trebuie investiți cei mai mulți bani atunci când este disponibilă cea mai mică sumă de bani. Acest lucru se datorează naturii ciclice a industriei, iar companiile de semiconductori au dificultăți în a respecta această regulă. După cum se arată în figură, majoritatea producătorilor de plachete de siliciu au recunoscut impactul acestei schimbări și aproape și-au triplat cheltuielile trimestriale totale de capital în ultimele trimestre. În ciuda condițiilor dificile de piață, acesta este încă cazul. Și mai interesant este faptul că această tendință durează de mult timp. Companiile de plachete de siliciu sunt norocoase sau știu ceva ce alții nu știu. Lanțul de aprovizionare cu semiconductori este o mașină a timpului care poate prezice viitorul. Viitorul tău poate fi trecutul altcuiva. Deși nu primim întotdeauna răspunsuri, aproape întotdeauna primim întrebări utile.
Data publicării: 17 iunie 2024