Balita sa Industriya: Pinapataas ng GPU ang demand para sa mga wafer ng silicon

Ang Silicon ay ang pangalawang pinakakaraniwang materyal sa Earth, pagkatapos ng oxygen, at ang ikapitong pinakakaraniwang materyal sa uniberso.Ang Silicon ay isang semiconductor, ibig sabihin, mayroon itong mga katangiang elektrikal sa pagitan ng mga konduktor (tulad ng tanso) at mga insulator (tulad ng salamin).Ang isang maliit na halaga ng mga dayuhang atomo sa istraktura ng silikon ay maaaring panimula na baguhin ang pag-uugali nito, kaya ang kadalisayan ng semiconductor-grade na silikon ay dapat na kahanga-hangang mataas.Ang katanggap-tanggap na minimum na kadalisayan para sa electronic-grade silicon ay 99.999999%.

Nangangahulugan ito na isang non-silicon atom lamang ang pinapayagan para sa bawat sampung bilyong atom.Ang mabuting inuming tubig ay nagbibigay-daan para sa 40 milyong non-water molecule, na 50 milyong beses na mas dalisay kaysa sa semiconductor-grade na silicon.

Dapat i-convert ng mga blangkong silicone wafer manufacturer ang high-purity na silicon sa perpektong single-crystal na istruktura.Ginagawa ito sa pamamagitan ng paglalagay ng single mother na kristal sa molten silicon sa naaangkop na temperatura.Habang nagsisimulang tumubo ang mga bagong kristal na anak na babae sa paligid ng mother crystal, dahan-dahang nabubuo ang silicon ingot mula sa tinunaw na silikon.Mabagal ang proseso at maaaring tumagal ng isang linggo.Ang natapos na silicon ingot ay tumitimbang ng humigit-kumulang 100 kilo at maaaring gumawa ng higit sa 3,000 mga wafer.

Ang mga wafer ay pinutol sa manipis na hiwa gamit ang napakahusay na diamante na kawad.Ang katumpakan ng mga tool sa pagputol ng silicon ay napakataas, at dapat na patuloy na subaybayan ang mga operator, o sisimulan nilang gamitin ang mga tool upang gumawa ng mga kalokohang bagay sa kanilang buhok.Ang maikling pagpapakilala sa paggawa ng mga wafer ng silikon ay masyadong pinasimple at hindi lubos na pinahahalagahan ang mga kontribusyon ng mga henyo;ngunit umaasa itong makapagbibigay ng background para sa mas malalim na pag-unawa sa negosyo ng silicon wafer.

Ang relasyon ng supply at demand ng mga wafer ng silikon

Ang merkado ng silicon wafer ay pinangungunahan ng apat na kumpanya.Sa mahabang panahon, ang merkado ay nasa isang maselan na balanse sa pagitan ng supply at demand.
Ang pagbaba sa mga benta ng semiconductor noong 2023 ay humantong sa merkado na nasa estado ng labis na suplay, na nagdulot ng mataas na mga panloob at panlabas na imbentaryo ng mga tagagawa ng chip.Gayunpaman, ito ay pansamantalang sitwasyon lamang.Habang bumabawi ang merkado, malapit nang bumalik ang industriya sa dulo ng kapasidad at dapat matugunan ang karagdagang pangangailangan na dulot ng AI revolution.Ang paglipat mula sa tradisyunal na arkitektura na nakabatay sa CPU patungo sa pinabilis na pag-compute ay magkakaroon ng epekto sa buong industriya, dahil Gayunpaman, maaaring magkaroon ito ng epekto sa mga segment na may mababang halaga ng industriya ng semiconductor.

Ang mga arkitektura ng Graphics Processing Unit (GPU) ay nangangailangan ng mas maraming lugar ng silikon

Habang tumataas ang demand para sa performance, kailangang malampasan ng mga manufacturer ng GPU ang ilang limitasyon sa disenyo para makamit ang mas mataas na performance mula sa mga GPU.Malinaw, ang pagpapalaki ng chip ay isang paraan upang makamit ang mas mataas na pagganap, dahil ang mga electron ay hindi gustong maglakbay ng malalayong distansya sa pagitan ng iba't ibang mga chip, na naglilimita sa pagganap.Gayunpaman, may praktikal na limitasyon sa pagpapalaki ng chip, na kilala bilang "retina limit".

Ang limitasyon ng lithography ay tumutukoy sa maximum na laki ng isang chip na maaaring malantad sa isang hakbang sa isang makina ng lithography na ginagamit sa paggawa ng semiconductor.Ang limitasyong ito ay tinutukoy ng maximum na laki ng magnetic field ng kagamitan sa lithography, lalo na ang stepper o scanner na ginagamit sa proseso ng lithography.Para sa pinakabagong teknolohiya, karaniwang nasa 858 square millimeters ang limitasyon sa mask.Napakahalaga ng limitasyon sa laki na ito dahil tinutukoy nito ang maximum na lugar na maaaring i-pattern sa wafer sa isang pagkakalantad.Kung mas malaki ang wafer kaysa sa limitasyong ito, kakailanganin ng maraming exposure para ganap na ma-pattern ang wafer, na hindi praktikal para sa mass production dahil sa kumplikado at mga hamon sa pag-align.Malalampasan ng bagong GB200 ang limitasyong ito sa pamamagitan ng pagsasama-sama ng dalawang chip substrate na may mga limitasyon sa laki ng particle sa isang silicon interlayer, na bumubuo ng super-particle-limited na substrate na doble ang laki.Ang iba pang mga limitasyon sa pagganap ay ang dami ng memorya at ang distansya sa memorya na iyon (ibig sabihin, memory bandwidth).Napagtagumpayan ng mga bagong arkitektura ng GPU ang problemang ito sa pamamagitan ng paggamit ng stacked high-bandwidth memory (HBM) na naka-install sa parehong silicon interposer na may dalawang GPU chips.Mula sa pananaw ng silikon, ang problema sa HBM ay ang bawat bit ng silicon area ay dalawang beses kaysa sa tradisyonal na DRAM dahil sa high-parallel na interface na kinakailangan para sa mataas na bandwidth.Ang HBM ay nagsasama rin ng isang logic control chip sa bawat stack, na nagdaragdag sa lugar ng silikon.Ang isang magaspang na kalkulasyon ay nagpapakita na ang silicon area na ginagamit sa 2.5D GPU na arkitektura ay 2.5 hanggang 3 beses kaysa sa tradisyonal na 2.0D na arkitektura.Gaya ng nabanggit kanina, maliban kung ang mga kumpanya ng pandayan ay handa para sa pagbabagong ito, ang kapasidad ng silicon wafer ay maaaring maging napakahigpit muli.

Kapasidad sa hinaharap ng merkado ng silicon wafer

Ang una sa tatlong batas ng pagmamanupaktura ng semiconductor ay ang pinakamaraming pera ang kailangang ipuhunan kapag ang pinakamaliit na halaga ng pera ay magagamit.Ito ay dahil sa likas na cyclical ng industriya, at ang mga kumpanya ng semiconductor ay nahihirapang sundin ang panuntunang ito.Gaya ng ipinapakita sa figure, karamihan sa mga tagagawa ng silicon wafer ay nakilala ang epekto ng pagbabagong ito at halos triple ang kanilang kabuuang quarterly capital expenditures sa nakalipas na ilang quarter.Sa kabila ng mahirap na kondisyon sa merkado, ito pa rin ang kaso.Ang mas kawili-wili ay ang kalakaran na ito ay nagpapatuloy sa mahabang panahon.Ang mga kumpanya ng Silicon wafer ay masuwerte o may alam na hindi alam ng iba.Ang semiconductor supply chain ay isang time machine na maaaring mahulaan ang hinaharap.Ang iyong kinabukasan ay maaaring nakaraan ng iba.Bagama't hindi kami palaging nakakakuha ng mga sagot, kami ay halos palaging nakakakuha ng mga sulit na tanong.