Ειδήσεις της βιομηχανίας: Η GPU αυξάνει τη ζήτηση για πλακίδια πυριτίου

Το πυρίτιο είναι το δεύτερο πιο συνηθισμένο υλικό στη γη, μετά το οξυγόνο και το έβδομο πιο συνηθισμένο υλικό στο σύμπαν. Το πυρίτιο είναι ένας ημιαγωγός, που σημαίνει ότι έχει ηλεκτρικές ιδιότητες μεταξύ αγωγών (όπως ο χαλκός) και των μονωτήρων (όπως το γυαλί). Μια μικρή ποσότητα ξένων ατόμων στη δομή του πυριτίου μπορεί να αλλάξει θεμελιωδώς τη συμπεριφορά του, οπότε η καθαρότητα του πυριτίου ημιαγωγού πρέπει να είναι εκπληκτικά υψηλή. Η αποδεκτή ελάχιστη καθαρότητα για ηλεκτρονικό πυρίτιο είναι 99,999999%.

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

Οι κατασκευαστές πλακιδίων κενών πλακιδίων πρέπει να μετατρέπουν το πυρίτιο υψηλής καθαρότητας σε τέλειες δομές ενός κρυστάλλου. Αυτό γίνεται με την εισαγωγή ενός ανύπαντρου κρυστάλλου μητέρας σε τετηγμένο πυρίτιο στην κατάλληλη θερμοκρασία. Καθώς οι νέοι κρυστάλλοι κόρης αρχίζουν να αναπτύσσονται γύρω από το Crystal της μητέρας, το πύργο πυρίτιο σχηματίζεται αργά από το τετηγμένο πυρίτιο. Η διαδικασία είναι αργή και μπορεί να διαρκέσει μια εβδομάδα. Το τελικό πλέγμα πυριτίου ζυγίζει περίπου 100 κιλά και μπορεί να κάνει πάνω από 3.000 γκοφρέτες.

Οι γκοφρέτες κόβονται σε λεπτές φέτες χρησιμοποιώντας πολύ λεπτό σύρμα διαμαντιών. Η ακρίβεια των εργαλείων κοπής πυριτίου είναι πολύ υψηλή και οι χειριστές πρέπει να παρακολουθούνται συνεχώς ή θα αρχίσουν να χρησιμοποιούν τα εργαλεία για να κάνουν ανόητα πράγματα στα μαλλιά τους. Η σύντομη εισαγωγή στην παραγωγή πλακιδίων πυριτίου είναι υπερβολικά απλουστευμένη και δεν πιστοποιεί πλήρως τις συνεισφορές των ιδιοφυΐων. Αλλά ελπίζουμε να παράσχει ένα υπόβαθρο για μια βαθύτερη κατανόηση της επιχείρησης πυριτίου.

Η σχέση προσφοράς και ζήτησης των θαλάσσιων θαλάσσιων πλακών

Η αγορά πλακιδίων πυριτίου κυριαρχείται από τέσσερις εταιρείες. Για μεγάλο χρονικό διάστημα, η αγορά βρίσκεται σε λεπτή ισορροπία μεταξύ προσφοράς και ζήτησης.
Η μείωση των πωλήσεων ημιαγωγών το 2023 οδήγησε την αγορά να είναι σε κατάσταση υπερπροσφοράς, προκαλώντας υψηλά τα εσωτερικά και εξωτερικά αποθέματα των κατασκευαστών τσιπ. Ωστόσο, αυτή είναι μόνο μια προσωρινή κατάσταση. Καθώς η αγορά ανακάμπτει, ο κλάδος θα επιστρέψει σύντομα στην άκρη της χωρητικότητας και θα πρέπει να ανταποκριθεί στην πρόσθετη ζήτηση που προκλήθηκε από την επανάσταση του AI. Η μετάβαση από την παραδοσιακή αρχιτεκτονική με βάση την CPU σε επιταχυνόμενη πληροφορική θα έχει αντίκτυπο σε ολόκληρο τον κλάδο, καθώς όμως αυτό μπορεί να έχει αντίκτυπο στα τμήματα χαμηλής αξίας της βιομηχανίας ημιαγωγών.

Οι αρχιτεκτονικές μονάδας επεξεργασίας γραφικών (GPU) απαιτούν περισσότερη περιοχή πυριτίου

Καθώς αυξάνεται η ζήτηση για απόδοση, οι κατασκευαστές GPU πρέπει να ξεπεράσουν ορισμένους περιορισμούς σχεδιασμού για να επιτύχουν υψηλότερες επιδόσεις από GPU. Προφανώς, κάνοντας το τσιπ μεγαλύτερο είναι ένας τρόπος για να επιτευχθεί υψηλότερη απόδοση, καθώς τα ηλεκτρόνια δεν θέλουν να ταξιδεύουν σε μεγάλες αποστάσεις μεταξύ διαφορετικών τσιπ, οι οποίες περιορίζουν την απόδοση. Ωστόσο, υπάρχει ένας πρακτικός περιορισμός για 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 εξοπλισμού λιθογραφίας, ειδικά του βηματικού ή του σαρωτή που χρησιμοποιείται στη διαδικασία λιθογραφίας. Για την τελευταία τεχνολογία, το όριο μάσκας είναι συνήθως περίπου 858 τετραγωνικά χιλιοστά. Αυτός ο περιορισμός μεγέθους είναι πολύ σημαντικός επειδή καθορίζει τη μέγιστη περιοχή που μπορεί να σχεδιάσει το δίσκο σε μία μόνο έκθεση. Εάν το δίσκο είναι μεγαλύτερο από αυτό το όριο, θα χρειαστούν πολλαπλές εκθέσεις για την πλήρη μορφή του πλακιδίου, το οποίο είναι ανέφικτο για τη μαζική παραγωγή λόγω προκλήσεων πολυπλοκότητας και ευθυγράμμισης. Το νέο GB200 θα ξεπεράσει αυτόν τον περιορισμό συνδυάζοντας δύο υποστρώματα chip με περιορισμούς μεγέθους σωματιδίων σε ένα ενδιάμεσο στρώμα πυριτίου, σχηματίζοντας ένα υπόστρωμα περιορισμένου με σούπερ σωματιδίων που είναι διπλάσιο. Άλλοι περιορισμοί απόδοσης είναι η ποσότητα της μνήμης και η απόσταση από αυτή τη μνήμη (δηλαδή το εύρος ζώνης μνήμης). Οι νέες αρχιτεκτονικές GPU ξεπερνούν αυτό το πρόβλημα χρησιμοποιώντας τη στοιβαγμένη μνήμη υψηλής ζώνης (HBM) που είναι εγκατεστημένη στον ίδιο παρεμβολή πυριτίου με δύο τσιπ GPU. Από την άποψη του πυριτίου, το πρόβλημα με την HBM είναι ότι κάθε κομμάτι της περιοχής πυριτίου είναι διπλάσιο από αυτό του παραδοσιακού δραπέτου λόγω της υψηλής παράλληλης διεπαφής που απαιτείται για το υψηλό εύρος ζώνης. Η HBM ενσωματώνει επίσης ένα τσιπ λογικής ελέγχου σε κάθε στοίβα, αυξάνοντας την περιοχή του πυριτίου. Ένας τραχύς υπολογισμός δείχνει ότι η περιοχή πυριτίου που χρησιμοποιείται στην αρχιτεκτονική GPU 2.5D είναι 2,5 έως 3 φορές αυτή της παραδοσιακής αρχιτεκτονικής 2.0D. Όπως αναφέρθηκε προηγουμένως, εκτός εάν οι εταιρείες χυτηρίου είναι προετοιμασμένες για αυτή την αλλαγή, η χωρητικότητα του πυριτίου μπορεί να γίνει πολύ σφιχτή και πάλι.

Μελλοντική ικανότητα της αγοράς πυριτίου

Ο πρώτος από τους τρεις νόμους της παραγωγής ημιαγωγών είναι ότι τα περισσότερα χρήματα πρέπει να επενδύονται όταν είναι διαθέσιμο το λιγότερο χρηματικό ποσό. Αυτό οφείλεται στην κυκλική φύση της βιομηχανίας και οι εταιρείες ημιαγωγών δυσκολεύονται να ακολουθήσουν αυτόν τον κανόνα. Όπως φαίνεται στο σχήμα, οι περισσότεροι κατασκευαστές πλακιδίων πυριτίου έχουν αναγνωρίσει τον αντίκτυπο αυτής της αλλαγής και έχουν σχεδόν τριπλασιάσει τις συνολικές τριμηνιαίες κεφαλαιουχικές δαπάνες τους τα τελευταία τρίμηνα. Παρά τις δύσκολες συνθήκες της αγοράς, αυτό συμβαίνει ακόμα. Αυτό που είναι ακόμα πιο ενδιαφέρον είναι ότι αυτή η τάση συμβαίνει εδώ και πολύ καιρό. Οι εταιρείες πλακιδίων πυριτίου είναι τυχεροί ή γνωρίζουν κάτι που οι άλλοι δεν το κάνουν. Η αλυσίδα εφοδιασμού Semiconductor είναι μια μηχανή χρόνου που μπορεί να προβλέψει το μέλλον. Το μέλλον σας μπορεί να είναι το παρελθόν κάποιου άλλου. Ενώ δεν λαμβάνουμε πάντα απαντήσεις, σχεδόν πάντα παίρνουμε αξίζει τον κόπο.