Berita Industri: GPU meningkatkan permintaan untuk wafer silikon

Silikon merupakan bahan kedua paling biasa di Bumi, selepas oksigen, dan bahan ketujuh paling biasa di alam semesta. Silikon merupakan semikonduktor, yang bermaksud ia mempunyai sifat elektrik antara konduktor (seperti kuprum) dan penebat (seperti kaca). Sejumlah kecil atom asing dalam struktur silikon boleh mengubah kelakuannya secara asasnya, 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 bagi setiap sepuluh bilion atom. Air minuman yang baik membolehkan 40 juta molekul bukan air, iaitu 50 juta kali kurang tulen daripada silikon gred semikonduktor.

Pengilang wafer silikon kosong mesti menukar silikon berketulenan tinggi kepada struktur kristal tunggal yang sempurna. Ini dilakukan dengan memasukkan kristal induk tunggal ke dalam silikon cair pada suhu yang sesuai. Apabila kristal anak baharu mula tumbuh di sekitar kristal induk, 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 menghasilkan 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 tersebut untuk melakukan perkara-perkara bodoh pada rambut mereka. Pengenalan ringkas kepada pengeluaran wafer silikon terlalu ringkas dan tidak sepenuhnya menghargai sumbangan para genius; tetapi ia diharapkan dapat memberikan latar belakang untuk pemahaman yang lebih mendalam tentang perniagaan wafer silikon.

Hubungan penawaran dan permintaan wafer silikon

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

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

Memandangkan 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 salah satu cara untuk mencapai prestasi yang lebih tinggi, kerana elektron tidak suka bergerak jarak jauh antara cip yang berbeza, yang mengehadkan prestasi. Walau bagaimanapun, terdapat batasan 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. Bagi teknologi terkini, had topeng biasanya sekitar 858 milimeter persegi. Had saiz ini sangat penting kerana ia menentukan luas maksimum yang boleh dicorak pada wafer dalam satu pendedahan. Jika wafer lebih besar daripada had ini, pelbagai pendedahan diperlukan untuk mencorak sepenuhnya wafer, yang tidak praktikal untuk pengeluaran besar-besaran disebabkan oleh cabaran kerumitan dan penjajaran. GB200 baharu akan mengatasi had ini dengan menggabungkan dua substrat cip dengan had saiz zarah ke dalam lapisan antara silikon, membentuk substrat super-terhad zarah yang dua kali lebih besar. Had prestasi lain ialah jumlah memori dan jarak ke memori tersebut (iaitu lebar jalur memori). Seni bina GPU baharu mengatasi masalah ini dengan menggunakan memori lebar jalur tinggi (HBM) yang disusun yang dipasang pada interposer silikon yang sama dengan dua cip GPU. Dari perspektif silikon, masalah dengan HBM ialah setiap bit luas silikon adalah dua kali ganda daripada DRAM tradisional disebabkan oleh antara muka selari tinggi yang diperlukan untuk lebar jalur yang tinggi. HBM juga mengintegrasikan cip kawalan logik ke dalam setiap tindanan, meningkatkan luas silikon. Pengiraan kasar menunjukkan bahawa luas 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 hadapan pasaran wafer silikon

Hukum pertama daripada tiga hukum pembuatan semikonduktor ialah jumlah wang yang paling banyak 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 menyedari kesan perubahan ini dan telah meningkatkan hampir tiga kali ganda jumlah perbelanjaan modal suku tahunan mereka dalam beberapa suku tahun yang lalu. Walaupun keadaan pasaran yang sukar, ini masih berlaku. Apa yang lebih menarik ialah trend ini telah berlaku untuk masa yang lama. Syarikat wafer silikon bernasib baik atau mengetahui sesuatu yang orang lain tidak tahu. Rantaian bekalan semikonduktor ialah mesin masa yang boleh meramalkan masa depan. Masa depan anda mungkin masa lalu orang lain. Walaupun kita tidak selalu mendapat jawapan, kita hampir selalu mendapat soalan yang berbaloi.