Vijesti iz industrije: GPU povećava potražnju za silikonskim pločicama

Silicijum je drugi najčešći materijal na Zemlji, nakon kiseonika, i sedmi najčešći materijal u svemiru.Silicijum je poluprovodnik, što znači da ima električna svojstva između provodnika (kao što je bakar) i izolatora (kao što je staklo).Mala količina stranih atoma u strukturi silicijuma može fundamentalno da promeni njeno ponašanje, tako da čistoća silicijuma za poluprovodnike mora biti zapanjujuće visoka.Prihvatljiva minimalna čistoća za elektronski silicijum je 99,999999%.

To znači da je na svakih deset milijardi atoma dozvoljen samo jedan nesilicijumski atom.Dobra voda za piće omogućava 40 miliona ne-vodenih molekula, što je 50 miliona puta manje čisto od silicijuma poluprovodničkog kvaliteta.

Proizvođači praznih silikonskih pločica moraju pretvoriti silicij visoke čistoće u savršene monokristalne strukture.Ovo se postiže uvođenjem jednog matičnog kristala u rastopljeni silicijum na odgovarajućoj temperaturi.Kako novi kristali kćeri počinju da rastu oko matičnog kristala, silicijumski ingot se polako formira iz rastopljenog silicijuma.Proces je spor i može trajati nedelju dana.Gotov silicijumski ingot težak je oko 100 kilograma i može napraviti preko 3.000 vafla.

Oblatne se režu na tanke kriške koristeći vrlo finu dijamantsku žicu.Preciznost silikonskih alata za rezanje je vrlo visoka, a operateri moraju biti stalno pod nadzorom, inače će početi koristiti alate da rade gluposti na svojoj kosi.Kratak uvod u proizvodnju silicijumskih pločica je previše pojednostavljen i ne pripisuje u potpunosti doprinosu genija;ali se nadamo da će pružiti pozadinu za dublje razumijevanje poslovanja silikonskih pločica.

Odnos ponude i potražnje silikonskih pločica

Tržištem silicijumskih pločica dominiraju četiri kompanije.Tržište je dugo vremena bilo u delikatnoj ravnoteži između ponude i potražnje.
Pad prodaje poluvodiča u 2023. doveo je do toga da se tržište nađe u stanju prevelike ponude, uzrokujući visoke interne i eksterne zalihe proizvođača čipova.Međutim, ovo je samo privremena situacija.Kako se tržište oporavlja, industrija će se uskoro vratiti na rub kapaciteta i mora zadovoljiti dodatnu potražnju koju je izazvala AI revolucija.Prelazak sa tradicionalne arhitekture zasnovane na CPU-u na ubrzano računarstvo će imati uticaja na čitavu industriju, jer, međutim, to može imati uticaja na segmente industrije poluprovodnika niske vrednosti.

Arhitekture grafičke procesorske jedinice (GPU) zahtijevaju više površine silikona

Kako se potražnja za performansama povećava, proizvođači GPU-a moraju prevazići neka ograničenja dizajna kako bi postigli veće performanse GPU-a.Očigledno, povećanje čipa je jedan od načina za postizanje većih performansi, jer elektroni ne vole da putuju na velike udaljenosti između različitih čipova, što ograničava performanse.Međutim, postoji praktično ograničenje za povećanje veličine čipa, poznato kao "granična granica mrežnice".

Ograničenje litografije odnosi se na maksimalnu veličinu čipa koja može biti izložena u jednom koraku u litografskoj mašini koja se koristi u proizvodnji poluprovodnika.Ovo ograničenje je određeno maksimalnom veličinom magnetnog polja opreme za litografiju, posebno stepera ili skenera koji se koristi u procesu litografije.Za najnoviju tehnologiju, granica maske je obično oko 858 kvadratnih milimetara.Ovo ograničenje veličine je vrlo važno jer određuje maksimalnu površinu koja se može oblikovati na pločici u jednoj ekspoziciji.Ako je pločica veća od ove granice, bit će potrebno višestruke ekspozicije da bi se u potpunosti oblikovala pločica, što je nepraktično za masovnu proizvodnju zbog složenosti i izazova poravnanja.Novi GB200 će prevazići ovo ograničenje kombinovanjem dva čip supstrata sa ograničenjima veličine čestica u međusloj silikona, formirajući supstrat ograničen na super čestice koji je duplo veći.Ostala ograničenja performansi su količina memorije i udaljenost do te memorije (tj. propusni opseg memorije).Nove GPU arhitekture prevazilaze ovaj problem korišćenjem naslagane memorije velikog propusnog opsega (HBM) koja je instalirana na istom silikonskom interposeru sa dva GPU čipa.Iz perspektive silikona, problem sa HBM-om je u tome što je svaki bit silikonske površine dvostruko veći od tradicionalnog DRAM-a zbog visoko-paralelnog interfejsa potrebnog za visoku propusnost.HBM takođe integriše logički kontrolni čip u svaki stek, povećavajući površinu silikona.Gruba kalkulacija pokazuje da je površina silikona koja se koristi u 2.5D GPU arhitekturi 2.5 do 3 puta veća od tradicionalne 2.0D arhitekture.Kao što je ranije spomenuto, osim ako livničke kompanije nisu spremne za ovu promjenu, kapacitet silicijumskih pločica može ponovo postati vrlo mali.

Budući kapacitet tržišta silicijumskih pločica

Prvi od tri zakona proizvodnje poluprovodnika je da je potrebno uložiti najviše novca kada je na raspolaganju najmanje novca.To je zbog ciklične prirode industrije, a poluvodičke kompanije teško slijede ovo pravilo.Kao što je prikazano na slici, većina proizvođača silicijumskih pločica je prepoznala uticaj ove promene i skoro je utrostručila svoje ukupne tromesečne kapitalne izdatke u poslednjih nekoliko kvartala.Uprkos teškim tržišnim uslovima, to je i dalje slučaj.Ono što je još zanimljivije je da ovaj trend traje već duže vrijeme.Kompanije od silicijumskih pločica imaju sreću ili znaju nešto što drugi ne znaju.Lanac nabavke poluvodiča je vremenska mašina koja može predvidjeti budućnost.Vaša budućnost može biti prošlost nekog drugog.Iako ne dobijamo uvek odgovore, skoro uvek dobijamo pitanja vredna pažnje.