Вести из индустрије: ГПУ повећава потражњу за силиконским плочицама

Силицијум је други најчешћи материјал на Земљи, после кисеоника, и седми најчешћи материјал у свемиру.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 структури силицијума може фундаментално да промени њено понашање, тако да чистоћа силицијума за полупроводнике мора бити запањујуће висока.Прихватљива минимална чистоћа за електронски силицијум је 99,999999%.

То значи да је на сваких десет милијарди атома дозвољен само један атом који није силицијум.Добра вода за пиће омогућава 40 милиона не-водених молекула, што је 50 милиона пута мање чисто од силицијума полупроводничког квалитета.

Произвођачи празних силицијумских плочица морају да конвертују силицијум високе чистоће у савршене монокристалне структуре.Ово се ради увођењем 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.Готов силицијумски ингот тежи око 100 килограма и може да направи преко 3.000 вафла.

Облатне се режу на танке кришке користећи веома фину дијамантску жицу.Прецизност силиконских алата за сечење је веома висока, а оператери морају бити стално надгледани, или ће почети да користе алате да раде глупости са својом косом.Кратак увод у производњу силицијумских плочица је превише поједностављен и не приписује у потпуности доприносе генија;али се надамо да ће обезбедити позадину за дубље разумевање пословања силицијумских плочица.

Однос понуде и потражње силицијумских плочица

Тржиштем силицијумских плочица доминирају четири компаније.Тржиште је дуго времена било у деликатној равнотежи између понуде и потражње.
Пад продаје полупроводника у 2023. довео је до тога да тржиште буде у стању превелике понуде, што је довело до тога да су интерне и екстерне залихе произвођача чипова високе.Међутим, ово је само привремена ситуација.Како се тржиште опоравља, индустрија ће се ускоро вратити на ивицу капацитета и мора задовољити додатну потражњу коју је изазвала АИ револуција.Прелазак са традиционалне архитектуре засноване на ЦПУ-у на убрзано рачунарство имаће утицај на целу индустрију, јер, међутим, ово може имати утицаја на сегменте индустрије полупроводника ниске вредности.

Архитектура графичке процесорске јединице (ГПУ) захтева више површине силикона

Како се потражња за перформансама повећава, произвођачи ГПУ-а морају превазићи нека ограничења дизајна да би постигли боље перформансе ГПУ-а.Очигледно, повећање чипа је један од начина за постизање већих перформанси, пошто електрони не воле да путују на велике удаљености између различитих чипова, што ограничава перформансе.Међутим, постоји практично ограничење за повећање величине чипа, познато као „гранична граница мрежњаче“.

Ограничење литографије односи се на максималну величину чипа која може бити изложена у једном кораку у машини за литографију која се користи у производњи полупроводника.Ово ограничење је одређено максималном величином магнетног поља опреме за литографију, посебно степера или скенера који се користи у процесу литографије.За најновију технологију, граница маске је обично око 858 квадратних милиметара.Ово ограничење величине је веома важно јер одређује максималну површину која се може усликати на плочицу у једној експозицији.Ако је плочица већа од ове границе, биће потребно вишеструке експозиције да би се у потпуности обликовала плочица, што је непрактично за масовну производњу због сложености и изазова поравнања.Нови ГБ200 ће превазићи ово ограничење комбиновањем два супстрата чипа са ограничењима величине честица у међуслој силикона, формирајући супстрат ограничен на супер честице који је дупло већи.Остала ограничења перформанси су количина меморије и удаљеност до те меморије (тј. пропусни опсег меморије).Нове ГПУ архитектуре превазилазе овај проблем коришћењем наслагане меморије великог пропусног опсега (ХБМ) која је инсталирана на истом силиконском интерпосеру са два ГПУ чипа.Из перспективе силикона, проблем са ХБМ-ом је у томе што је сваки бит силиконске површине двоструко већи од традиционалног ДРАМ-а због високо-паралелног интерфејса потребног за велики пропусни опсег.ХБМ такође интегрише логички контролни чип у сваки стек, повећавајући површину силикона.Груба калкулација показује да је површина силикона која се користи у 2.5Д ГПУ архитектури 2.5 до 3 пута већа од традиционалне 2.0Д архитектуре.Као што је раније поменуто, осим ако ливничке компаније нису спремне за ову промену, капацитет силицијумске плочице може поново постати веома мали.

Будући капацитет тржишта силицијумских плочица

Први од три закона производње полупроводника је да највише новца треба уложити када је на располагању најмање новца.То је због цикличне природе индустрије, а компаније полупроводника тешко прате ово правило.Као што је приказано на слици, већина произвођача силицијумских плочица је препознала утицај ове промене и скоро је утростручила своје укупне тромесечне капиталне издатке у последњих неколико квартала.Упркос тешким тржишним условима, то је и даље случај.Оно што је још интересантније је да овај тренд траје већ дуже време.Компаније од силицијумских плочица имају срећу или знају нешто што други не знају.Ланац снабдевања полупроводницима је временска машина која може предвидети будућност.Ваша будућност може бити прошлост неког другог.Иако не добијамо увек одговоре, скоро увек добијамо питања вредна пажње.