Berita Industri: GPU meningkatkan permintaan untuk wafer silikon

Silikon ialah bahan kedua paling biasa di Bumi, selepas oksigen, dan bahan ketujuh paling biasa di alam semesta.Silikon ialah semikonduktor, bermakna ia mempunyai sifat elektrik antara konduktor (seperti tembaga) dan penebat (seperti kaca).Sebilangan kecil atom asing dalam struktur silikon secara asasnya boleh mengubah tingkah lakunya, jadi ketulenan silikon gred semikonduktor mestilah sangat tinggi.Ketulenan minimum yang boleh diterima untuk silikon gred elektronik ialah 99.999999%.

Ini bermakna hanya satu atom bukan silikon dibenarkan untuk setiap sepuluh bilion atom.Air minuman yang baik membolehkan 40 juta molekul bukan air, iaitu 50 juta kali kurang tulen daripada silikon gred semikonduktor.

Pengeluar wafer silikon kosong mesti menukar silikon ketulenan tinggi kepada struktur kristal tunggal yang sempurna.Ini dilakukan dengan memasukkan kristal ibu tunggal ke dalam silikon cair pada suhu yang sesuai.Apabila kristal anak perempuan baru mula tumbuh di sekeliling kristal ibu, jongkong silikon perlahan-lahan terbentuk daripada silikon cair.Prosesnya perlahan dan mungkin mengambil masa seminggu.Jongkong silikon siap seberat kira-kira 100 kilogram dan boleh membuat lebih 3,000 wafer.

Wafer dipotong menjadi kepingan nipis menggunakan dawai berlian yang sangat halus.Ketepatan alat pemotong silikon adalah sangat tinggi, dan pengendali mesti sentiasa dipantau, atau mereka akan mula menggunakan alat untuk melakukan perkara bodoh pada rambut mereka.Pengenalan ringkas kepada pengeluaran wafer silikon terlalu ringkas dan tidak mengkreditkan sepenuhnya sumbangan jenius;tetapi diharapkan dapat memberikan latar belakang untuk pemahaman yang lebih mendalam tentang perniagaan wafer silikon.

Hubungan penawaran dan permintaan wafer silikon

Pasaran wafer silikon dikuasai oleh empat syarikat.Untuk masa yang lama, pasaran berada dalam keseimbangan yang halus antara penawaran dan permintaan.
Penurunan jualan semikonduktor pada 2023 telah menyebabkan pasaran berada dalam keadaan lebihan bekalan, menyebabkan inventori dalaman dan luaran pengeluar cip menjadi tinggi.Namun, ini hanyalah keadaan sementara.Apabila pasaran pulih, industri tidak lama lagi akan kembali ke kelebihan kapasiti dan mesti memenuhi permintaan tambahan yang dibawa oleh revolusi AI.Peralihan daripada seni bina berasaskan CPU tradisional kepada pengkomputeran dipercepatkan akan memberi kesan kepada keseluruhan industri, kerana Walau bagaimanapun, ini mungkin memberi kesan kepada segmen bernilai rendah industri semikonduktor.

Seni bina Unit Pemprosesan Grafik (GPU) memerlukan lebih banyak kawasan silikon

Apabila permintaan untuk prestasi meningkat, pengeluar GPU mesti mengatasi beberapa batasan reka bentuk untuk mencapai prestasi yang lebih tinggi daripada GPU.Jelas sekali, menjadikan cip lebih besar adalah satu cara untuk mencapai prestasi yang lebih tinggi, kerana elektron tidak suka melakukan perjalanan jauh antara cip yang berbeza, yang mengehadkan prestasi.Walau bagaimanapun, terdapat had praktikal untuk menjadikan cip lebih besar, yang dikenali sebagai "had retina".

Had litografi merujuk kepada saiz maksimum cip yang boleh didedahkan dalam satu langkah dalam mesin litografi yang digunakan dalam pembuatan semikonduktor.Had ini ditentukan oleh saiz medan magnet maksimum peralatan litografi, terutamanya stepper atau pengimbas yang digunakan dalam proses litografi.Untuk teknologi terkini, had topeng biasanya sekitar 858 milimeter persegi.Had saiz ini sangat penting kerana ia menentukan kawasan maksimum yang boleh dicorakkan pada wafer dalam satu pendedahan.Jika wafer lebih besar daripada had ini, pendedahan berbilang diperlukan untuk mencorakkan sepenuhnya wafer, yang tidak praktikal untuk pengeluaran besar-besaran disebabkan oleh kerumitan dan cabaran penjajaran.GB200 baharu akan mengatasi had ini dengan menggabungkan dua substrat cip dengan had saiz zarah ke dalam interlayer silikon, membentuk substrat terhad zarah super yang dua kali lebih besar.Had prestasi lain ialah jumlah memori dan jarak ke memori itu (iaitu lebar jalur memori).Seni bina GPU baharu mengatasi masalah ini dengan menggunakan memori lebar jalur tinggi (HBM) bertindan yang dipasang pada interposer silikon yang sama dengan dua cip GPU.Dari perspektif silikon, masalah dengan HBM ialah setiap bit kawasan silikon adalah dua kali ganda daripada DRAM tradisional kerana antara muka selari tinggi yang diperlukan untuk lebar jalur yang tinggi.HBM juga menyepadukan cip kawalan logik ke dalam setiap tindanan, meningkatkan kawasan silikon.Pengiraan kasar menunjukkan bahawa kawasan silikon yang digunakan dalam seni bina GPU 2.5D adalah 2.5 hingga 3 kali ganda daripada seni bina 2.0D tradisional.Seperti yang dinyatakan sebelum ini, melainkan syarikat faundri bersedia untuk perubahan ini, kapasiti wafer silikon mungkin menjadi sangat ketat sekali lagi.

Kapasiti masa depan pasaran wafer silikon

Yang pertama daripada tiga undang-undang pembuatan semikonduktor ialah paling banyak wang perlu dilaburkan apabila jumlah wang yang paling sedikit tersedia.Ini disebabkan oleh sifat kitaran industri, dan syarikat semikonduktor menghadapi kesukaran untuk mengikuti peraturan ini.Seperti yang ditunjukkan dalam rajah, kebanyakan pengeluar wafer silikon telah mengiktiraf kesan perubahan ini dan hampir tiga kali ganda jumlah perbelanjaan modal suku tahunan mereka dalam beberapa suku yang lalu.Walaupun keadaan pasaran yang sukar, ini masih berlaku.Apa yang lebih menarik ialah trend ini telah berlaku sejak sekian lama.Syarikat wafer silikon bernasib baik atau mengetahui sesuatu yang orang lain tidak tahu.Rantaian bekalan semikonduktor ialah mesin masa yang boleh meramal masa depan.Masa depan anda mungkin masa lalu orang lain.Walaupun kami tidak selalu mendapat jawapan, kami hampir selalu mendapat soalan yang berfaedah.