Дълбоко във веригата за доставки, някои магьосници превръщат пясъка в перфектни дискове от силициеви кристали с диамантена структура, които са от съществено значение за цялата верига за доставки на полупроводници. Те са част от веригата за доставки на полупроводници, която увеличава стойността на „силициевия пясък“ близо хиляда пъти. Слабият блясък, който виждате на плажа, е силиций. Силицият е сложен кристал с крехкост и твърдо тяло, подобно на метал (метални и неметални свойства). Силицият е навсякъде.
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 поведението му, така че чистотата на полупроводниковия силиций трябва да е удивително висока. Приемливата минимална чистота за силиций с електронен клас е 99,999999%.
Това означава, че на всеки десет милиарда атома е разрешен само един несилицов атом. Добрата питейна вода съдържа 40 милиона неводни молекули, което е 50 милиона пъти по-малко чисто от силиция с полупроводников клас.
Производителите на празни силициеви пластини трябва да превърнат високочистия силиций в перфектни монокристални структури. Това се прави чрез въвеждане на единичен майчин кристал в разтопен силиций при подходяща температура. Тъй като новите дъщерни кристали започват да растат около майчиния кристал, силициевият блок бавно се образува от разтопения силиций. Процесът е бавен и може да отнеме седмица. Готовият силициев блок тежи около 100 килограма и може да направи над 3000 пластини.
Пластините се нарязват на тънки резени с помощта на много фина диамантена тел. Прецизността на инструментите за рязане на силиций е много висока и операторите трябва да бъдат постоянно наблюдавани, в противен случай ще започнат да използват инструментите, за да правят глупости с косата си. Краткото въведение в производството на силициеви пластини е твърде опростено и не отдава пълно приноса на гениите; но се надяваме, че ще 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 високи вътрешни и външни запаси на производителите на чипове. Това обаче е само временна ситуация. С възстановяването на пазара индустрията скоро ще се върне на ръба на капацитета си и ще трябва да отговори на допълнителното търсене, породено от революцията в областта на изкуствения интелект. Преходът от традиционна архитектура, базирана на процесори, към ускорени изчисления ще окаже влияние върху цялата индустрия, тъй като това може да се отрази и на нискобюджетните сегменти на полупроводниковата индустрия.
Архитектурите на графичните процесори (GPU) изискват повече силициева площ
С нарастването на търсенето на производителност, производителите на графични процесори (GPU) трябва да преодолеят някои конструктивни ограничения, за да постигнат по-висока производителност от графичните процесори. Очевидно е, че 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 „ретина лимит“.
Лимитът на литографията 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 стъпковия процесор или скенера, използвани в литографския процес. За най-новите технологии, лимитът на маската обикновено е около 858 квадратни милиметра. Това ограничение на размера е много важно, защото определя максималната площ, която може да бъде моделирана върху пластината в една експозиция. Ако пластината е по-голяма от това ограничение, ще са необходими множество експозиции, за да се моделира напълно пластината, което е непрактично за масово производство поради сложността и предизвикателствата при подравняването. Новият GB200 ще преодолее това ограничение, като комбинира два чип субстрата с ограничения за размера на частиците в силициев междинен слой, образувайки супер-частично ограничен субстрат, който е два пъти по-голям. Други ограничения в производителността са количеството памет и разстоянието до тази памет (т.е. честотна лента на паметта). Новите графични процесори преодоляват този проблем, като използват подредена памет с висока честотна лента (HBM), която е инсталирана на един и същ силициев интерпозер с два графични процесора. От гледна точка на силиция, проблемът с HBM е, че всеки бит силициева площ е два пъти по-голяма от тази на традиционната DRAM памет, поради високопаралелния интерфейс, необходим за висока пропускателна способност. HBM също така интегрира логически контролен чип във всеки стек, увеличавайки силициевата площ. Грубо изчисление показва, че силициевата площ, използвана в 2.5D GPU архитектура, е от 2,5 до 3 пъти по-голяма от тази на традиционната 2.0D архитектура. Както бе споменато по-рано, освен ако леярските компании не са подготвени за тази промяна, капацитетът на силициевите пластини може отново да стане много ограничен.
Бъдещ капацитет на пазара на силициеви пластини
Първият от трите закона на производството на полупроводници е, че най-много пари трябва да се инвестират, когато има най-малко налични пари. Това се дължи на цикличния характер на индустрията и компаниите за полупроводници 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 трудните пазарни условия, това все още е така. Още по-интересното е, че тази тенденция се наблюдава от дълго време. Компаниите за силициеви пластини имат късмет или знаят нещо, което другите не знаят. Веригата за доставки на полупроводници е машина на времето, която може да предскаже бъдещето. Вашето бъдеще може да е нечие друго минало. Макар че не винаги получаваме отговори, почти винаги получаваме полезни въпроси.
Време на публикуване: 17 юни 2024 г.