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

Ang Silicon ang pangalawa sa pinakakaraniwang materyal sa Daigdig, kasunod ng oxygen, at ang ikapitong pinakakaraniwang materyal sa sansinukob. Ang Silicon ay isang semiconductor, ibig sabihin ay 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 istruktura ng silicon ay maaaring magbago nang malaki sa pag-uugali nito, kaya ang kadalisayan ng semiconductor-grade silicon ay tiyak na nakakagulat na mataas. Ang katanggap-tanggap na minimum na kadalisayan para sa electronic-grade silicon ay 99.999999%.

Nangangahulugan ito na isang atomo lamang na hindi silikon ang pinapayagan para sa bawat sampung bilyong atomo. Ang maayos na inuming tubig ay nagpapahintulot ng 40 milyong molekula na hindi tubig, na 50 milyong beses na mas mababa ang dalisay kaysa sa semiconductor-grade silicon.

Dapat gawing perpektong istrukturang single-crystal ng mga tagagawa ng blangkong silicon wafer ang high-purity silicon. Ginagawa ito sa pamamagitan ng pagpapasok ng single mother crystal sa tinunaw na silicon sa naaangkop na temperatura. Habang nagsisimulang tumubo ang mga bagong daughter crystal sa paligid ng mother crystal, dahan-dahang nabubuo ang silicon ingot mula sa tinunaw na silicon. Mabagal ang proseso at maaaring tumagal ng isang linggo. Ang natapos na silicon ingot ay may bigat na humigit-kumulang 100 kilo at maaaring makagawa ng mahigit 3,000 wafer.

Ang mga wafer ay pinuputol sa manipis na hiwa gamit ang napakapinong alambreng diamante. Napakataas ng katumpakan ng mga kagamitan sa pagputol na gawa sa silicon, at dapat palaging subaybayan ang mga operator, kung hindi ay magsisimula silang gumamit ng mga kagamitang ito para gumawa ng mga kalokohan sa kanilang buhok. Ang maikling pagpapakilala sa produksyon ng mga silicon wafer ay masyadong pinasimple at hindi lubos na kinikilala ang mga kontribusyon ng mga henyo; ngunit inaasahan na makapagbigay ito ng kaalaman para sa mas malalim na pag-unawa sa negosyo ng silicon wafer.

Ang ugnayan ng suplay at demand ng mga silicon wafer

Ang merkado ng silicon wafer ay pinangungunahan ng apat na kumpanya. Sa loob ng mahabang panahon, ang merkado ay nasa isang maselang balanse sa pagitan ng supply at demand.
Ang pagbaba ng benta ng semiconductor noong 2023 ay humantong sa labis na suplay ng merkado, na nagiging sanhi ng mataas na panloob at panlabas na imbentaryo ng mga tagagawa ng chip. Gayunpaman, pansamantala lamang itong sitwasyon. Habang bumabangon ang merkado, ang industriya ay malapit nang bumalik sa bingit ng kapasidad at dapat matugunan ang karagdagang demand na dulot ng rebolusyon ng AI. Ang paglipat mula sa tradisyonal na arkitektura na nakabatay sa CPU patungo sa pinabilis na computing ay magkakaroon ng epekto sa buong industriya, dahil Gayunpaman, maaaring magkaroon ito ng epekto sa mga low-value na segment ng industriya ng semiconductor.

Ang mga arkitektura ng Graphics Processing Unit (GPU) ay nangangailangan ng mas maraming silicon area

Habang tumataas ang demand para sa performance, kailangang malampasan ng mga tagagawa ng GPU ang ilang limitasyon sa disenyo upang makamit ang mas mataas na performance mula sa mga GPU. Malinaw na ang pagpapalaki ng chip ay isang paraan upang makamit ang mas mataas na performance, dahil ayaw ng mga electron na maglakbay nang malayo sa pagitan ng iba't ibang chip, na naglilimita sa performance. Gayunpaman, mayroong praktikal na limitasyon sa pagpapalaki ng chip, na kilala bilang "retina limit".

Ang limitasyon sa lithography ay tumutukoy sa pinakamataas na laki ng isang chip na maaaring ilantad sa isang hakbang lamang sa isang makinang lithography na ginagamit sa paggawa ng semiconductor. Ang limitasyong ito ay natutukoy ng pinakamataas 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, ang limitasyon sa mask ay karaniwang nasa bandang 858 square millimeters. Napakahalaga ng limitasyon sa laki na ito dahil tinutukoy nito ang pinakamataas na lugar na maaaring i-pattern sa wafer sa isang exposure lamang. Kung ang wafer ay mas malaki kaysa sa limitasyong ito, kakailanganin ang maraming exposure upang ganap na i-pattern ang wafer, na hindi praktikal para sa mass production dahil sa mga hamon sa pagiging kumplikado at pagkakahanay. Malalampasan ng bagong GB200 ang limitasyong ito sa pamamagitan ng pagsasama-sama ng dalawang chip substrates na may mga limitasyon sa laki ng particle sa isang silicon interlayer, na bumubuo ng isang super-particle-limited substrate na doble ang laki. Ang iba pang mga limitasyon sa pagganap ay ang dami ng memorya at ang distansya sa memoryang iyon (ibig sabihin, memory bandwidth). Nalalampasan 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 silicon, ang problema sa HBM ay ang bawat bit ng silicon area ay doble kaysa sa tradisyonal na DRAM dahil sa high-parallel interface na kinakailangan para sa mataas na bandwidth. Isinama rin ng HBM ang isang logic control chip sa bawat stack, na nagpapataas sa silicon area. Ipinapakita ng isang magaspang na kalkulasyon na ang silicon area na ginagamit sa 2.5D GPU architecture ay 2.5 hanggang 3 beses kaysa sa tradisyonal na 2.0D architecture. Gaya ng nabanggit kanina, maliban kung ang mga kumpanya ng foundry ay handa para sa pagbabagong ito, ang kapasidad ng silicon wafer ay maaaring maging lubhang masikip 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 paikot na katangian ng industriya, at nahihirapan ang mga kumpanya ng semiconductor na sundin ang panuntunang ito. Gaya ng ipinapakita sa larawan, kinilala ng karamihan sa mga tagagawa ng silicon wafer ang epekto ng pagbabagong ito at halos triple ang kanilang kabuuang quarterly capital expenditure sa nakalipas na ilang quarter. Sa kabila ng mahirap na kondisyon ng merkado, ganito pa rin ang kaso. Ang mas nakakainteres ay ang trend na ito ay matagal nang nangyayari. Ang mga kumpanya ng silicone wafer ay mapalad o may alam na hindi alam ng iba. Ang supply chain ng semiconductor ay isang time machine na maaaring mahulaan ang hinaharap. Ang iyong hinaharap ay maaaring nakaraan ng ibang tao. Bagama't hindi tayo palaging nakakakuha ng mga sagot, halos palagi tayong nakakakuha ng mga kapaki-pakinabang na tanong.