Новини от индустрията: GPU стимулира търсенето на силициеви пластини

Силицият е вторият най-разпространен материал на Земята след кислорода и седмият най-разпространен материал във Вселената.Силицият е полупроводник, което означава, че има електрически свойства между проводници (като мед) и изолатори (като стъкло).Малко количество чужди атоми в силициевата структура може фундаментално да промени нейното поведение, така че чистотата на полупроводников клас силиций трябва да бъде удивително висока.Приемливата минимална чистота за електронен силиций е 99,999999%.

Това означава, че е разрешен само един несилициев атом на всеки десет милиарда атома.Добрата питейна вода позволява 40 милиона неводни молекули, което е 50 милиона пъти по-малко чисто от полупроводниковия силиций.

Производителите на празни силиконови пластини трябва да превърнат силиция с висока чистота в перфектни монокристални структури.Това се прави чрез въвеждане на единичен майчин кристал в разтопен силиций при подходяща температура.Когато новите дъщерни кристали започват да растат около основния кристал, силициевият блок бавно се образува от разтопения силиций.Процесът е бавен и може да отнеме седмица.Готовият силиконов блок тежи около 100 килограма и от него могат да се направят над 3000 пластини.

Вафлите се нарязват на тънки филийки с много фина диамантена тел.Прецизността на силиконовите режещи инструменти е много висока и операторите трябва да бъдат постоянно наблюдавани или ще започнат да използват инструментите, за да правят глупави неща с косите си.Краткото въведение в производството на силициеви пластини е твърде опростено и не отчита изцяло приноса на гениите;но се надяваме да предостави основа за по-задълбочено разбиране на бизнеса със силициеви пластини.

Връзката между търсенето и предлагането на силициеви пластини

Пазарът на силициеви пластини е доминиран от четири компании.Дълго време пазарът е в деликатен баланс между търсене и предлагане.
Спадът в продажбите на полупроводници през 2023 г. доведе пазара до състояние на свръхпредлагане, което доведе до големи вътрешни и външни запаси на производителите на чипове.Това обаче е само временна ситуация.Тъй като пазарът се възстановява, индустрията скоро ще се върне на ръба на капацитета си и трябва да отговори на допълнителното търсене, породено от революцията на ИИ.Преходът от традиционна CPU-базирана архитектура към ускорени изчисления ще окаже влияние върху цялата индустрия, тъй като това обаче може да окаже влияние върху сегментите с ниска стойност на полупроводниковата индустрия.

Архитектурите на графичен процесор (GPU) изискват повече силициева площ

Тъй като търсенето на производителност нараства, производителите на GPU трябва да преодолеят някои ограничения на дизайна, за да постигнат по-висока производителност от GPU.Очевидно увеличаването на размера на чипа е един от начините за постигане на по-висока производителност, тъй като електроните не обичат да пътуват на дълги разстояния между различните чипове, което ограничава производителността.Съществува обаче практическо ограничение за увеличаване на размера на чипа, известно като "лимит на ретината".

Ограничението за литография се отнася до максималния размер на чип, който може да бъде експониран в една стъпка в литографска машина, използвана в производството на полупроводници.Това ограничение се определя от максималния размер на магнитното поле на литографското оборудване, особено на степера или скенера, използвани в процеса на литография.За най-новите технологии границата на маската обикновено е около 858 квадратни милиметра.Това ограничение на размера е много важно, защото определя максималната площ, която може да бъде шарена върху пластината при едно излагане.Ако пластината е по-голяма от това ограничение, ще са необходими многократни експозиции, за да се изпълни напълно моделът на пластината, което е непрактично за масово производство поради сложността и предизвикателствата при подравняването.Новият GB200 ще преодолее това ограничение чрез комбиниране на два чипове субстрата с ограничения за размера на частиците в силициев междинен слой, образувайки субстрат с ограничен брой супер частици, който е два пъти по-голям.Други ограничения на производителността са количеството памет и разстоянието до тази памет (т.е. честотната лента на паметта).Новите GPU архитектури преодоляват този проблем чрез използване на подредена памет с висока честотна лента (HBM), която е инсталирана на един и същ силициев интерпосер с два GPU чипа.От гледна точка на силиций, проблемът с HBM е, че всеки бит силициева площ е два пъти по-голям от традиционната DRAM поради високопаралелния интерфейс, необходим за висока честотна лента.HBM също така интегрира логически контролен чип във всеки стек, увеличавайки площта на силикона.Грубо изчисление показва, че силиконовата площ, използвана в 2.5D GPU архитектурата, е 2.5 до 3 пъти по-голяма от тази на традиционната 2.0D архитектура.Както споменахме по-рано, освен ако леярските компании не са подготвени за тази промяна, капацитетът на силиконовите пластини може отново да стане много стеснен.

Бъдещ капацитет на пазара на силициеви пластини

Първият от трите закона на производството на полупроводници е, че трябва да се инвестират най-много пари, когато има най-малко пари.Това се дължи на цикличния характер на индустрията и полупроводниковите компании трудно следват това правило.Както е показано на фигурата, повечето производители на силициеви пластини са осъзнали въздействието на тази промяна и почти са утроили общите си тримесечни капиталови разходи през последните няколко тримесечия.Въпреки тежките пазарни условия това все още е така.Още по-интересното е, че тази тенденция е от доста време.Компаниите за силициеви пластини имат късмет или знаят нещо, което другите не знаят.Веригата за доставка на полупроводници е машина на времето, която може да предскаже бъдещето.Вашето бъдеще може да е миналото на някой друг.Въпреки че не винаги получаваме отговори, почти винаги получаваме въпроси, които си заслужават вниманието.