Industry News: Η GPU αυξάνει τη ζήτηση για γκοφρέτες πυριτίου

Το πυρίτιο είναι το δεύτερο πιο κοινό υλικό στη Γη, μετά το οξυγόνο, και το έβδομο πιο κοινό υλικό στο σύμπαν.Το πυρίτιο είναι ημιαγωγός, που σημαίνει ότι έχει ηλεκτρικές ιδιότητες μεταξύ αγωγών (όπως ο χαλκός) και μονωτών (όπως το γυαλί).Μια μικρή ποσότητα ξένων ατόμων στη δομή του πυριτίου μπορεί να αλλάξει θεμελιωδώς τη συμπεριφορά του, επομένως η καθαρότητα του πυριτίου ποιότητας ημιαγωγών πρέπει να είναι εκπληκτικά υψηλή.Η αποδεκτή ελάχιστη καθαρότητα για πυρίτιο ηλεκτρονικής ποιότητας είναι 99,999999%.

Αυτό σημαίνει ότι επιτρέπεται μόνο ένα άτομο μη πυριτίου για κάθε δέκα δισεκατομμύρια άτομα.Το καλό πόσιμο νερό επιτρέπει 40 εκατομμύρια μόρια μη νερού, που είναι 50 εκατομμύρια φορές λιγότερο καθαρό από το πυρίτιο ημιαγωγού.

Οι κατασκευαστές γκοφρέτας λευκού πυριτίου πρέπει να μετατρέψουν πυρίτιο υψηλής καθαρότητας σε τέλειες μονοκρυσταλλικές δομές.Αυτό γίνεται με την εισαγωγή ενός μόνο μητρικού κρυστάλλου σε λιωμένο πυρίτιο στην κατάλληλη θερμοκρασία.Καθώς οι νέοι θυγατρικοί κρύσταλλοι αρχίζουν να αναπτύσσονται γύρω από τον μητρικό κρύσταλλο, η ράβδος πυριτίου σχηματίζεται αργά από το λιωμένο πυρίτιο.Η διαδικασία είναι αργή και μπορεί να διαρκέσει μια εβδομάδα.Η τελική ράβδος πυριτίου ζυγίζει περίπου 100 κιλά και μπορεί να κάνει πάνω από 3.000 γκοφρέτες.

Οι γκοφρέτες κόβονται σε λεπτές φέτες χρησιμοποιώντας πολύ λεπτό διαμαντένιο σύρμα.Η ακρίβεια των εργαλείων κοπής πυριτίου είναι πολύ υψηλή και οι χειριστές πρέπει να παρακολουθούνται συνεχώς, διαφορετικά θα αρχίσουν να χρησιμοποιούν τα εργαλεία για να κάνουν ανόητα πράγματα στα μαλλιά τους.Η σύντομη εισαγωγή στην παραγωγή πλακών πυριτίου είναι υπερβολικά απλοποιημένη και δεν πιστώνει πλήρως τη συμβολή των ιδιοφυών.αλλά ελπίζουμε να παρέχει ένα υπόβαθρο για μια βαθύτερη κατανόηση της επιχείρησης γκοφρέτας πυριτίου.

Η σχέση προσφοράς και ζήτησης πλακών πυριτίου

Στην αγορά της γκοφρέτας πυριτίου κυριαρχούν τέσσερις εταιρείες.Για μεγάλο χρονικό διάστημα, η αγορά βρίσκεται σε μια λεπτή ισορροπία μεταξύ προσφοράς και ζήτησης.
Η μείωση των πωλήσεων ημιαγωγών το 2023 οδήγησε την αγορά σε κατάσταση υπερπροσφοράς, με αποτέλεσμα τα εσωτερικά και εξωτερικά αποθέματα των κατασκευαστών chip να είναι υψηλά.Ωστόσο, αυτή είναι μόνο μια προσωρινή κατάσταση.Καθώς η αγορά ανακάμπτει, ο κλάδος θα επιστρέψει σύντομα στο όριο της χωρητικότητας και πρέπει να ανταποκριθεί στην πρόσθετη ζήτηση που προκάλεσε η επανάσταση της τεχνητής νοημοσύνης.Η μετάβαση από την παραδοσιακή αρχιτεκτονική βασισμένη σε CPU στην επιτάχυνση υπολογιστών θα έχει αντίκτυπο σε ολόκληρο τον κλάδο, καθώς, ωστόσο, αυτό μπορεί να έχει αντίκτυπο στα τμήματα χαμηλής αξίας της βιομηχανίας ημιαγωγών.

Οι αρχιτεκτονικές της μονάδας επεξεργασίας γραφικών (GPU) απαιτούν περισσότερη επιφάνεια πυριτίου

Καθώς η ζήτηση για απόδοση αυξάνεται, οι κατασκευαστές GPU πρέπει να ξεπεράσουν ορισμένους περιορισμούς σχεδιασμού για να επιτύχουν υψηλότερη απόδοση από τις GPU.Προφανώς, το να κάνετε το τσιπ μεγαλύτερο είναι ένας τρόπος για να επιτύχετε υψηλότερη απόδοση, καθώς στα ηλεκτρόνια δεν αρέσει να ταξιδεύουν μεγάλες αποστάσεις μεταξύ διαφορετικών τσιπ, γεγονός που περιορίζει την απόδοση.Ωστόσο, υπάρχει ένας πρακτικός περιορισμός στο να γίνει το τσιπ μεγαλύτερο, γνωστό ως «όριο αμφιβληστροειδούς».

Το όριο λιθογραφίας αναφέρεται στο μέγιστο μέγεθος ενός τσιπ που μπορεί να εκτεθεί σε ένα μόνο βήμα σε μια μηχανή λιθογραφίας που χρησιμοποιείται στην κατασκευή ημιαγωγών.Αυτός ο περιορισμός καθορίζεται από το μέγιστο μέγεθος μαγνητικού πεδίου του λιθογραφικού εξοπλισμού, ειδικά του stepper ή του σαρωτή που χρησιμοποιείται στη διαδικασία της λιθογραφίας.Για την τελευταία λέξη της τεχνολογίας, το όριο μάσκας είναι συνήθως γύρω στα 858 τετραγωνικά χιλιοστά.Αυτός ο περιορισμός μεγέθους είναι πολύ σημαντικός επειδή καθορίζει τη μέγιστη περιοχή που μπορεί να διαμορφωθεί στη γκοφρέτα σε μία μόνο έκθεση.Εάν η γκοφρέτα είναι μεγαλύτερη από αυτό το όριο, θα χρειαστούν πολλαπλές εκθέσεις για το πλήρες μοτίβο της γκοφρέτας, κάτι που δεν είναι πρακτικό για μαζική παραγωγή λόγω της πολυπλοκότητας και των προκλήσεων ευθυγράμμισης.Το νέο GB200 θα ξεπεράσει αυτόν τον περιορισμό συνδυάζοντας δύο υποστρώματα τσιπ με περιορισμούς μεγέθους σωματιδίων σε ένα ενδιάμεσο στρώμα πυριτίου, σχηματίζοντας ένα υπόστρωμα με υπερπεριορισμό σωματιδίων που είναι διπλάσιο.Άλλοι περιορισμοί απόδοσης είναι η ποσότητα της μνήμης και η απόσταση από αυτήν τη μνήμη (δηλ. εύρος ζώνης μνήμης).Οι νέες αρχιτεκτονικές GPU ξεπερνούν αυτό το πρόβλημα χρησιμοποιώντας τη στοιβαγμένη μνήμη υψηλού εύρους ζώνης (HBM) που είναι εγκατεστημένη στον ίδιο παρεμβολέα πυριτίου με δύο τσιπ GPU.Από την άποψη του πυριτίου, το πρόβλημα με το HBM είναι ότι κάθε κομμάτι επιφάνειας πυριτίου είναι διπλάσιο από αυτό της παραδοσιακής DRAM λόγω της υψηλής παράλληλης διεπαφής που απαιτείται για υψηλό εύρος ζώνης.Το HBM ενσωματώνει επίσης ένα τσιπ λογικού ελέγχου σε κάθε στοίβα, αυξάνοντας την περιοχή του πυριτίου.Ένας πρόχειρος υπολογισμός δείχνει ότι η περιοχή πυριτίου που χρησιμοποιείται στην αρχιτεκτονική 2,5D GPU είναι 2,5 έως 3 φορές μεγαλύτερη από την παραδοσιακή αρχιτεκτονική 2,0D.Όπως αναφέρθηκε προηγουμένως, εκτός εάν οι εταιρείες χυτηρίων είναι προετοιμασμένες για αυτήν την αλλαγή, η χωρητικότητα των πλακιδίων πυριτίου μπορεί να γίνει ξανά πολύ περιορισμένη.

Μελλοντική ικανότητα της αγοράς γκοφρέτας πυριτίου

Ο πρώτος από τους τρεις νόμους της κατασκευής ημιαγωγών είναι ότι τα περισσότερα χρήματα πρέπει να επενδυθούν όταν υπάρχει το λιγότερο διαθέσιμο χρηματικό ποσό.Αυτό οφείλεται στον κυκλικό χαρακτήρα του κλάδου και οι εταιρείες ημιαγωγών δυσκολεύονται να ακολουθήσουν αυτόν τον κανόνα.Όπως φαίνεται στο σχήμα, οι περισσότεροι κατασκευαστές γκοφρετών πυριτίου έχουν αναγνωρίσει τον αντίκτυπο αυτής της αλλαγής και έχουν σχεδόν τριπλασιάσει τις συνολικές τριμηνιαίες κεφαλαιουχικές τους δαπάνες τα τελευταία τρίμηνα.Παρά τις δύσκολες συνθήκες της αγοράς, αυτό εξακολουθεί να ισχύει.Το ακόμα πιο ενδιαφέρον είναι ότι αυτή η τάση συνεχίζεται εδώ και πολύ καιρό.Οι εταιρείες γκοφρετών πυριτίου είναι τυχερές ή γνωρίζουν κάτι που οι άλλοι δεν γνωρίζουν.Η αλυσίδα εφοδιασμού ημιαγωγών είναι μια χρονομηχανή που μπορεί να προβλέψει το μέλλον.Το μέλλον σας μπορεί να είναι παρελθόν κάποιου άλλου.Αν και δεν παίρνουμε πάντα απαντήσεις, σχεδόν πάντα λαμβάνουμε ερωτήσεις που αξίζουν.