اخبار صنعت: GPU تقاضا برای ویفرهای سیلیکونی را افزایش می دهد

سیلیکون بعد از اکسیژن دومین ماده رایج روی زمین و هفتمین ماده رایج در جهان است.سیلیکون یک نیمه هادی است، به این معنی که دارای خواص الکتریکی بین هادی ها (مانند مس) و عایق ها (مانند شیشه) است.مقدار کمی از اتم های خارجی در ساختار سیلیکون می تواند رفتار آن را به طور اساسی تغییر دهد، بنابراین خلوص سیلیکون درجه نیمه هادی باید به طرز شگفت انگیزی بالا باشد.حداقل خلوص قابل قبول برای سیلیکون درجه الکترونیکی 99.999999٪ است.

این بدان معناست که برای هر ده میلیارد اتم فقط یک اتم غیرسیلیکون مجاز است.آب آشامیدنی خوب اجازه می دهد تا 40 میلیون مولکول غیر آب وجود داشته باشد که 50 میلیون برابر خلوص کمتر از سیلیکون درجه نیمه هادی است.

تولیدکنندگان ویفر سیلیکونی خالی باید سیلیکون با خلوص بالا را به ساختارهای تک کریستالی کامل تبدیل کنند.این کار با وارد کردن یک کریستال مادر به سیلیکون مذاب در دمای مناسب انجام می شود.همانطور که کریستال های دختر جدید در اطراف کریستال مادر شروع به رشد می کنند، شمش سیلیکون به آرامی از سیلیکون مذاب تشکیل می شود.روند کند است و ممکن است یک هفته طول بکشد.وزن شمش سیلیکون تمام شده حدود 100 کیلوگرم است و می تواند بیش از 3000 ویفر بسازد.

ویفرها با استفاده از سیم الماس بسیار ظریف به برش های نازک بریده می شوند.دقت ابزارهای برش سیلیکونی بسیار بالا است و اپراتورها باید دائماً تحت نظر باشند، در غیر این صورت شروع به استفاده از ابزارها برای انجام کارهای احمقانه روی موهای خود می کنند.معرفی مختصر تولید ویفرهای سیلیکونی بسیار ساده شده است و به طور کامل به مشارکت نابغه ها اعتبار نمی دهد.اما امید است که زمینه ای برای درک عمیق تر از تجارت ویفر سیلیکونی فراهم شود.

رابطه عرضه و تقاضا ویفرهای سیلیکونی

بازار ویفر سیلیکونی تحت سلطه چهار شرکت است.برای مدت طولانی، بازار در تعادل ظریف بین عرضه و تقاضا بوده است.
کاهش فروش نیمه هادی ها در سال 2023 باعث شده است که بازار در وضعیت مازاد عرضه قرار گیرد و باعث شده که موجودی داخلی و خارجی تولیدکنندگان تراشه بالا باشد.با این حال، این فقط یک وضعیت موقتی است.با بهبود بازار، صنعت به زودی به مرز ظرفیت بازمی گردد و باید تقاضای اضافی ناشی از انقلاب هوش مصنوعی را برآورده کند.گذار از معماری سنتی مبتنی بر CPU به محاسبات تسریع شده تأثیری بر کل صنعت خواهد داشت، زیرا ممکن است بر بخش های کم ارزش صنعت نیمه هادی تأثیر بگذارد.

معماری واحد پردازش گرافیکی (GPU) به مساحت سیلیکونی بیشتری نیاز دارد

با افزایش تقاضا برای عملکرد، تولیدکنندگان GPU باید بر برخی محدودیت‌های طراحی غلبه کنند تا عملکرد بالاتری از پردازنده‌های گرافیکی داشته باشند.بدیهی است که بزرگ‌تر کردن تراشه یکی از راه‌های دستیابی به عملکرد بالاتر است، زیرا الکترون‌ها دوست ندارند مسافت‌های طولانی را بین تراشه‌های مختلف طی کنند، که عملکرد را محدود می‌کند.با این حال، یک محدودیت عملی برای بزرگتر کردن تراشه وجود دارد که به عنوان "حد شبکیه" شناخته می شود.

محدودیت لیتوگرافی به حداکثر اندازه یک تراشه اشاره دارد که می تواند در یک مرحله در یک دستگاه لیتوگرافی مورد استفاده در تولید نیمه هادی قرار گیرد.این محدودیت با حداکثر اندازه میدان مغناطیسی تجهیزات لیتوگرافی، به ویژه استپر یا اسکنر مورد استفاده در فرآیند لیتوگرافی تعیین می شود.برای آخرین فناوری، حد ماسک معمولاً حدود 858 میلی متر مربع است.این محدودیت اندازه بسیار مهم است زیرا حداکثر مساحتی را که می‌توان روی ویفر در یک نوردهی الگو قرار داد را تعیین می‌کند.اگر ویفر بزرگتر از این حد باشد، برای الگودهی کامل ویفر به نوردهی های متعدد نیاز است که به دلیل پیچیدگی و چالش های هم ترازی برای تولید انبوه غیر عملی است.GB200 جدید با ترکیب دو زیرلایه تراشه با محدودیت اندازه ذرات در یک لایه سیلیکونی، بر این محدودیت غلبه خواهد کرد، و یک بستر با محدودیت فوق العاده ذرات دو برابر بزرگتر را تشکیل می دهد.محدودیت های دیگر عملکرد، میزان حافظه و فاصله تا آن حافظه (یعنی پهنای باند حافظه) است.معماری‌های GPU جدید با استفاده از حافظه با پهنای باند بالا (HBM) که روی همان interposer سیلیکونی با دو تراشه GPU نصب شده است، بر این مشکل غلبه می‌کنند.از منظر سیلیکونی، مشکل HBM این است که هر بیت از مساحت سیلیکون دو برابر DRAM سنتی است به دلیل رابط موازی بالا که برای پهنای باند بالا لازم است.HBM همچنین یک تراشه کنترل منطقی را در هر پشته ادغام می کند و ناحیه سیلیکون را افزایش می دهد.یک محاسبه تقریبی نشان می دهد که مساحت سیلیکونی مورد استفاده در معماری GPU 2.5 بعدی، 2.5 تا 3 برابر معماری سنتی 2.0D است.همانطور که قبلا ذکر شد، مگر اینکه شرکت های ریخته گری برای این تغییر آماده باشند، ظرفیت ویفر سیلیکونی ممکن است دوباره بسیار تنگ شود.

ظرفیت آینده بازار ویفر سیلیکونی

اولین قانون از سه قانون ساخت نیمه هادی ها این است که وقتی کمترین مقدار پول در دسترس باشد، باید بیشترین پول سرمایه گذاری شود.این به دلیل ماهیت چرخه ای این صنعت است و شرکت های نیمه هادی برای پیروی از این قانون مشکل دارند.همانطور که در شکل نشان داده شده است، اکثر تولیدکنندگان ویفر سیلیکونی تاثیر این تغییر را درک کرده اند و مجموع هزینه های سرمایه ای سه ماهه خود را در چند فصل گذشته تقریباً سه برابر کرده اند.با وجود شرایط سخت بازار، این موضوع همچنان ادامه دارد.جالبتر این است که این روند برای مدت طولانی ادامه داشته است.شرکت های ویفر سیلیکونی خوش شانس هستند یا چیزهایی می دانند که دیگران نمی دانند.زنجیره تامین نیمه هادی ماشین زمانی است که می تواند آینده را پیش بینی کند.آینده شما ممکن است گذشته شخص دیگری باشد.در حالی که ما همیشه پاسخ نمی گیریم، تقریبا همیشه سوالات ارزشمندی دریافت می کنیم.