Vijesti iz industrije: GPU povećava potražnju za silicijumskim pločicama

Silicij je drugi najčešći materijal na Zemlji, nakon kisika, i sedmi najčešći materijal u svemiru. Silicij je poluvodič, što znači da ima električna svojstva između provodnika (kao što je bakar) i izolatora (kao što je staklo). Mala količina stranih atoma u strukturi silicija može fundamentalno promijeniti njegovo ponašanje, tako da čistoća silicija poluprovodničkog kvaliteta mora biti zapanjujuće visoka. Prihvatljiva minimalna čistoća za silicij elektroničkog kvaliteta je 99,999999%.

To znači da je na svakih deset milijardi atoma dozvoljen samo jedan atom koji nije silicijum. Dobra voda za piće dozvoljava 40 miliona molekula koji nisu voda, što je 50 miliona puta manje čisto od silicijuma poluprovodničkog kvaliteta.

Proizvođači praznih silicijumskih pločica moraju pretvoriti silicijum visoke čistoće u savršene monokristalne strukture. To se postiže uvođenjem jednog matičnog kristala u rastopljeni silicijum na odgovarajućoj temperaturi. Kako novi kristali kćeri počinju rasti oko matičnog kristala, silicijumski ingot se polako formira iz rastopljenog silicija. Proces je spor i može trajati sedmicu dana. Gotov silicijumski ingot teži oko 100 kilograma i može se napraviti preko 3.000 pločica.

Pločice se režu na tanke kriške pomoću vrlo fine dijamantske žice. Preciznost alata za rezanje silicija je vrlo visoka, a operateri moraju biti stalno pod nadzorom, inače će početi koristiti alate za pravljenje gluposti svojoj kosi. Kratak uvod u proizvodnju silicijumskih pločica je previše pojednostavljen i ne priznaje u potpunosti doprinose genijalaca; ali se nada da će pružiti osnovu za dublje razumijevanje poslovanja sa silicijumskim pločicama.

Odnos ponude i potražnje silicijumskih pločica

Tržište silicijumskih pločica dominiraju četiri kompanije. Dugo vremena tržište je bilo u delikatnoj ravnoteži između ponude i potražnje.
Pad prodaje poluprovodnika u 2023. godini doveo je do toga da se tržište nađe u stanju prekomjerne ponude, što je uzrokovalo 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 morat će zadovoljiti dodatnu potražnju koju donosi revolucija umjetne inteligencije. Prelazak s tradicionalne arhitekture zasnovane na CPU-u na ubrzano računarstvo imat će utjecaj na cijelu industriju, kao i na segmente poluprovodničke industrije s niskom vrijednošću.

Arhitekture grafičkih procesorskih jedinica (GPU) zahtijevaju više silikonske površine

Kako se potražnja za performansama povećava, proizvođači grafičkih procesora (GPU) moraju prevladati neka ograničenja dizajna kako bi postigli veće performanse od GPU-ova. Očigledno je da je povećanje čipa jedan od načina za postizanje većih performansi, jer elektroni ne vole putovati na velike udaljenosti između različitih čipova, što ograničava performanse. Međutim, postoji praktično ograničenje za povećanje čipa, poznato kao "retina limit".

Litografsko ograničenje odnosi se na maksimalnu veličinu čipa koji se može eksponirati u jednom koraku u litografskoj mašini koja se koristi u proizvodnji poluprovodnika. Ovo ograničenje je određeno maksimalnom veličinom magnetskog polja litografske opreme, posebno stepera ili skenera koji se koriste u procesu litografije. Za najnoviju tehnologiju, ograničenje 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 više ekspozicija da bi se pločica u potpunosti oblikovala, što je nepraktično za masovnu proizvodnju zbog složenosti i izazova poravnanja. Novi GB200 će prevazići ovo ograničenje kombinovanjem dva supstrata čipa sa ograničenjima veličine čestica u silicijumski međusloj, formirajući supstrat sa super-ograničenom veličinom čestica koji je dvostruko veći. Druga ograničenja performansi su količina memorije i udaljenost do te memorije (tj. propusni opseg memorije). Nove GPU arhitekture prevazilaze ovaj problem korištenjem složene memorije velike propusnosti (HBM) koja je instalirana na istom silicijumskom interpozeru sa dva GPU čipa. Iz perspektive silicija, problem sa HBM-om je taj što je svaki bit silicija dvostruko veći od tradicionalnog DRAM-a zbog visokoparalelnog interfejsa potrebnog za visoku propusnost. HBM također integrira logički kontrolni čip u svaki stek, povećavajući površinu silicija. Grubi proračun pokazuje da je površina silicija korištena u 2.5D GPU arhitekturi 2,5 do 3 puta veća od tradicionalne 2.0D arhitekture. Kao što je ranije spomenuto, osim ako kompanije za proizvodnju silicija nisu spremne za ovu promjenu, kapacitet silicijumskih pločica mogao bi ponovo postati vrlo ograničen.

Budući kapacitet tržišta silicijumskih pločica

Prvi od tri zakona proizvodnje poluprovodnika je da se najviše novca mora uložiti kada je najmanje novca dostupno. To je zbog ciklične prirode industrije, a kompanije koje se bave proizvodnjom poluprovodnika teško slijede ovo pravilo. Kao što je prikazano na slici, većina proizvođača silicijumskih pločica prepoznala je utjecaj ove promjene i gotovo je utrostručila svoje ukupne kvartalne kapitalne izdatke u posljednjih nekoliko kvartala. Uprkos teškim tržišnim uslovima, ovo je i dalje slučaj. Još zanimljivije je da se ovaj trend dešava već dugo vremena. Kompanije koje proizvode silicijumske pločice imaju sreće ili znaju nešto što drugi ne znaju. Lanac snabdijevanja poluprovodnicima je vremeplov koji može predvidjeti budućnost. Vaša budućnost može biti nečija prošlost. Iako ne dobijamo uvijek odgovore, gotovo uvijek dobijamo vrijedna pitanja.