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

سیلیکون دومین ماده رایج روی زمین ، پس از اکسیژن 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 اساساً رفتار خود را تغییر دهد ، بنابراین خلوص سیلیکون با درجه نیمه هادی باید به طرز حیرت انگیزی بالا باشد. حداقل خلوص قابل قبول برای سیلیکون درجه الکترونیکی 99.999999 ٪ است.

این بدان معنی است که فقط یک اتم غیر سیلیکون برای هر ده اتم مجاز است. آب آشامیدنی خوب 40 میلیون مولکول غیر آب را امکان پذیر می کند ، که 50 میلیون برابر کمتر از سیلیکون با درجه نیمه هادی است.

تولید کنندگان ویفر سیلیکون خالی باید سیلیکون با خلوص بالا را به ساختارهای تک کریستالی کامل تبدیل کنند. این کار با معرفی یک کریستال مادر مجرد به سیلیکون مذاب در دمای مناسب انجام می شود. با شروع کریستال های دختر جدید در اطراف کریستال مادر ، شمش سیلیکون به آرامی از سیلیکون مذاب تشکیل می شود. این روند کند است و ممکن است یک هفته طول بکشد. شمش سیلیکون به پایان رسیده حدود 100 کیلوگرم وزن دارد و می تواند بیش از 3000 ویفر ایجاد کند.

ویفرها با استفاده از سیم الماس بسیار ریز به برش های نازک بریده می شوند. دقت ابزارهای برش سیلیکون بسیار زیاد است ، و اپراتورها باید به طور مداوم مورد کنترل قرار گیرند ، یا از ابزارهایی برای انجام کارهای احمقانه به موهای خود استفاده می کنند. معرفی مختصر در تولید ویفرهای سیلیکون بسیار ساده است و به طور کامل به کمک های نبوغ اعتبار نمی دهد. اما امید است پیش زمینه ای برای درک عمیق تر از تجارت ویفر سیلیکون فراهم شود.

رابطه عرضه و تقاضا ویفرهای سیلیکونی

بازار ویفر سیلیکون تحت سلطه چهار شرکت است. برای مدت طولانی ، بازار در تعادل ظریف بین عرضه و تقاضا بوده است.
کاهش فروش نیمه هادی در سال 2023 باعث شده است که بازار در وضعیت بیش از حد قرار بگیرد و باعث شود موجودی های داخلی و خارجی تولید کنندگان تراشه زیاد باشد. با این حال ، این فقط یک وضعیت موقتی است. با بهبود بازار ، صنعت به زودی به لبه ظرفیت باز می گردد و باید تقاضای اضافی ناشی از انقلاب هوش مصنوعی را برآورده کند. انتقال از معماری سنتی مبتنی بر CPU به محاسبات تسریع شده در کل صنعت تأثیر خواهد گذاشت ، زیرا این ممکن است در بخش های کم ارزش صنعت نیمه هادی تأثیر داشته باشد.

معماری واحد پردازش گرافیک (GPU) به منطقه سیلیکون بیشتری نیاز دارد

با افزایش تقاضا برای عملکرد ، تولید کنندگان GPU برای دستیابی به عملکرد بالاتر از GPU باید بر برخی از محدودیت های طراحی غلبه کنند. بدیهی است که بزرگتر کردن تراشه یکی از راه های دستیابی به عملکرد بالاتر است ، زیرا الکترون ها دوست ندارند مسافت های طولانی بین تراشه های مختلف را طی کنند ، که عملکرد را محدود می کند. با این حال ، یک محدودیت عملی برای بزرگتر شدن تراشه ، معروف به "حد شبکیه" وجود دارد.

حد لیتوگرافی به حداکثر اندازه یک تراشه اشاره دارد که می تواند در یک مرحله واحد در یک دستگاه لیتوگرافی مورد استفاده در ساخت نیمه هادی قرار گیرد. این محدودیت با حداکثر اندازه میدان مغناطیسی تجهیزات لیتوگرافی ، به ویژه پله یا اسکنر مورد استفاده در فرآیند لیتوگرافی تعیین می شود. برای جدیدترین فناوری ، حد ماسک معمولاً در حدود 858 میلی متر مربع است. این محدودیت اندازه بسیار مهم است زیرا حداکثر مساحتی را که می توان در ویفر در یک قرار گرفتن در معرض واحد قرار داد ، تعیین می کند. اگر ویفر از این حد بزرگتر باشد ، برای الگوی کامل ویفر ، که برای تولید انبوه به دلیل پیچیدگی و چالش های تراز غیر عملی است ، در معرض چند برابر قرار خواهد گرفت. GB200 جدید با ترکیب دو بستر تراشه با محدودیت اندازه ذرات در یک لایه سیلیکون ، بر این محدودیت غلبه خواهد کرد و یک بستر فوق العاده دارای ذره را تشکیل می دهد که دو برابر بیشتر است. سایر محدودیت های عملکرد میزان حافظه و فاصله آن با حافظه (یعنی پهنای باند حافظه) است. معماری های جدید GPU با استفاده از حافظه پهنای باند بالا (HBM) که در همان Interposer سیلیکون با دو تراشه GPU نصب شده است ، بر این مشکل غلبه می کنند. از منظر سیلیکون ، مشکل HBM این است که هر بیت از منطقه سیلیکون به دلیل رابط کاربری موازی بالا که برای پهنای باند بالا مورد نیاز است ، دو برابر از درام سنتی است. HBM همچنین یک تراشه کنترل منطقی را در هر پشته ادغام می کند و منطقه سیلیکون را افزایش می دهد. یک محاسبه خشن نشان می دهد که منطقه سیلیکون مورد استفاده در معماری GPU 2.5D 2.5 تا 3 برابر معماری سنتی 2.0D است. همانطور که قبلاً ذکر شد ، مگر اینکه شرکت های ریخته گری برای این تغییر آماده شوند ، ممکن است ظرفیت ویفر سیلیکون دوباره بسیار محکم شود.

ظرفیت آینده بازار ویفر سیلیکون

اولین مورد از سه قانون تولید نیمه هادی این است که بیشترین پول در صورت وجود کمترین پول باید سرمایه گذاری شود. این به دلیل ماهیت چرخه ای صنعت است و شرکت های نیمه هادی پس از این قانون کار سختی دارند. همانطور که در شکل نشان داده شده است ، بیشتر تولید کنندگان ویفر سیلیکون تأثیر این تغییر را تشخیص داده اند و تقریباً در کل هزینه های سه ماهه خود در چند چهارم گذشته سه برابر شده اند. با وجود شرایط دشوار بازار ، این مورد هنوز هم اتفاق می افتد. نکته جالب تر این است که این روند برای مدت طولانی ادامه داشته است. شرکت های ویفر سیلیکون خوش شانس هستند یا چیزی را می دانند که دیگران نمی کنند. زنجیره تأمین نیمه هادی یک ماشین زمان است که می تواند آینده را پیش بینی کند. آینده شما ممکن است گذشته شخص دیگری باشد. در حالی که ما همیشه جواب نمی دهیم ، تقریباً همیشه سوالات ارزشمندی می گیریم.