Дубоко у ланцу снабдевања, неки мађионичари претварају песак у савршене дискове силицијумских кристала са дијамантском структуром, који су неопходни за цео ланац снабдевања полупроводницима. Они су део ланца снабдевања полупроводницима који повећава вредност „силицијумског песка“ скоро хиљаду пута. Слаби сјај који видите на плажи је силицијум. Силицијум је сложен кристал са кртошћу и чврстим металом (метална и неметална својства). Силицијум је свуда.
Силицијум је други најчешћи материјал на Земљи, после кисеоника, и седми најчешћи материјал у универзуму. Силицијум је полупроводник, што значи да има електрична својства између проводника (као што је бакар) и изолатора (као што је стакло). Мала количина страних атома у силицијумској структури може фундаментално променити његово понашање, тако да чистоћа силицијума полупроводничког квалитета мора бити запањујуће висока. Прихватљива минимална чистоћа за силицијум електронског квалитета је 99,999999%.
То значи да је дозвољен само један атом који није силицијум на сваких десет милијарди атома. Добра вода за пиће дозвољава 40 милиона молекула који нису вода, што је 50 милиона пута мање чисто од силицијума полупроводничког квалитета.
Произвођачи празних силицијумских плочица морају претворити силицијум високе чистоће у савршене монокристалне структуре. То се постиже уношењем једног матичног кристала у растопљени силицијум на одговарајућој температури. Како нови ћерки кристали почињу да расту око матичног кристала, силицијумски ингот се полако формира из растопљеног силицијума. Процес је спор и може трајати недељу дана. Готови силицијумски ингот тежи око 100 килограма и може се направити преко 3.000 плочица.
Вафле се секу на танке кришке помоћу веома фине дијамантске жице. Прецизност алата за сечење силицијума је веома висока, а оператери морају бити стално надгледани, иначе ће почети да користе алате да раде глупости својој коси. Кратак увод у производњу силицијумских плочица је превише поједностављен и не одаје у потпуности признање генијалним доприносима; али се нада да ће пружити позадину за дубље разумевање посла са силицијумским плочицама.
Однос понуде и потражње силицијумских плочица
Тржиштем силицијумских плочица доминирају четири компаније. Дуго времена тржиште је било у деликатној равнотежи између понуде и потражње.
Пад продаје полупроводника у 2023. години довео је до тога да се тржиште нашло у стању превелике понуде, што је узроковало високе интерне и екстерне залихе произвођача чипова. Међутим, ово је само привремена ситуација. Како се тржиште опоравља, индустрија ће се ускоро вратити на ивицу капацитета и мораће да задовољи додатну потражњу коју је изазвала револуција вештачке интелигенције. Прелазак са традиционалне архитектуре засноване на процесорима на убрзано рачунарство имаће утицај на целу индустрију, као и на сегменте полупроводничке индустрије са ниском вредношћу.
Архитектуре графичких процесорских јединица (GPU) захтевају више силицијумске површине
Како се потражња за перформансама повећава, произвођачи графичких процесора (GPU) морају да превазиђу нека ограничења дизајна како би постигли веће перформансе од GPU-ова. Очигледно је да је повећање чипа један од начина за постизање већих перформанси, јер електрони не воле да путују на велике удаљености између различитих чипова, што ограничава перформансе. Међутим, постоји практично ограничење за повећање чипа, познато као „ретина лимит“.
Литографско ограничење односи се на максималну величину чипа који може бити експониран у једном кораку у литографској машини која се користи у производњи полупроводника. Ово ограничење је одређено максималном величином магнетног поља литографске опреме, посебно степера или скенера који се користи у процесу литографије. За најновију технологију, ограничење маске је обично око 858 квадратних милиметара. Ово ограничење величине је веома важно јер одређује максималну површину која се може обликовати на плочици у једној експозицији. Ако је плочица већа од ове границе, биће потребно више експозиција да би се плочица у потпуности обликовала, што је непрактично за масовну производњу због сложености и изазова поравнања. Нови GB200 ће превазићи ово ограничење комбиновањем две подлоге чипа са ограничењима величине честица у силицијумски међуслој, формирајући подлогу са супер-ограниченим честицама која је двоструко већа. Друга ограничења перформанси су количина меморије и удаљеност до те меморије (тј. пропусни опсег меморије). Нове архитектуре графичких процесора (GPU) превазилазе овај проблем коришћењем сложене меморије великог пропусног опсега (HBM) која је инсталирана на истом силицијумском међуслоју са два GPU чипа. Са становишта силицијума, проблем са HBM-ом је тај што је сваки бит силицијума двоструко већи од традиционалне DRAM меморије због високо паралелног интерфејса потребног за велики пропусни опсег. HBM такође интегрише чип за логичку контролу у сваки стек, повећавајући површину силицијума. Груби прорачун показује да је површина силицијума која се користи у 2.5D GPU архитектури 2,5 до 3 пута већа од традиционалне 2.0D архитектуре. Као што је раније поменуто, осим ако компаније за производњу силицијумских плочица нису спремне за ову промену, капацитет силицијумских плочица може поново постати веома ограничен.
Будући капацитет тржишта силицијумских плочица
Први од три закона производње полупроводника је да највише новца треба уложити када је најмање новца доступно. То је због цикличне природе индустрије, а компаније које производе полупроводнике тешко прате ово правило. Као што је приказано на слици, већина произвођача силицијумских плочица препознала је утицај ове промене и скоро је утростручила своје укупне кварталне капиталне издатке у последњих неколико квартала. Упркос тешким тржишним условима, ово је и даље случај. Још занимљивије је то што се овај тренд дешава већ дуго времена. Компаније које производе силицијумске плочице имају среће или знају нешто што други не знају. Ланац снабдевања полупроводницима је временска машина која може да предвиди будућност. Ваша будућност може бити нечија прошлост. Иако не добијамо увек одговоре, скоро увек добијамо вредна питања.
Време објаве: 17. јун 2024.