Správy z priemyslu: GPU zvyšuje dopyt po kremíkových doštičkách

Kremík je po kyslíku druhým najbežnejším materiálom na Zemi a siedmym najbežnejším materiálom vo vesmíre.Kremík je polovodič, čo znamená, že má elektrické vlastnosti medzi vodičmi (ako je meď) a izolantmi (ako je sklo).Malé množstvo cudzích atómov v štruktúre kremíka môže zásadne zmeniť jeho správanie, takže čistota polovodičového kremíka musí byť prekvapivo vysoká.Prijateľná minimálna čistota pre kremík elektronickej kvality je 99,999999 %.

To znamená, že na každých desať miliárd atómov je povolený iba jeden nekremíkový atóm.Dobrá pitná voda umožňuje 40 miliónov nevodných molekúl, čo je 50 miliónov krát menej čisté ako polovodičový kremík.

Výrobcovia prázdnych kremíkových plátkov musia konvertovať vysoko čistý kremík na dokonalé monokryštálové štruktúry.To sa vykonáva zavedením jediného materského kryštálu do roztaveného kremíka pri vhodnej teplote.Keď okolo materského kryštálu začnú rásť nové dcérske kryštály, z roztaveného kremíka sa pomaly formuje kremíkový ingot.Proces je pomalý a môže trvať týždeň.Hotový kremíkový ingot váži asi 100 kilogramov a dá sa z neho vyrobiť viac ako 3000 doštičiek.

Oblátky sa režú na tenké plátky pomocou veľmi jemného diamantového drôtu.Presnosť kremíkových rezných nástrojov je veľmi vysoká a operátori musia byť neustále monitorovaní, inak začnú nástroje používať na hlúpe veci so svojimi vlasmi.Krátky úvod do výroby kremíkových doštičiek je príliš zjednodušený a nie je plne uznaný prínosom géniov;ale dúfame, že poskytne pozadie pre hlbšie pochopenie obchodu s kremíkovými doštičkami.

Vzťah ponuky a dopytu kremíkových doštičiek

Trhu s kremíkovými doštičkami dominujú štyri spoločnosti.Trh je už dlho v krehkej rovnováhe medzi ponukou a dopytom.
Pokles predaja polovodičov v roku 2023 viedol k tomu, že trh bol v stave nadmernej ponuky, čo spôsobilo, že interné a externé zásoby výrobcov čipov sú vysoké.Ide však len o dočasný stav.Keď sa trh zotaví, priemysel sa čoskoro vráti na okraj kapacity a musí uspokojiť dodatočný dopyt, ktorý priniesla revolúcia AI.Prechod z tradičnej architektúry založenej na CPU na zrýchlené výpočty bude mať dopad na celé odvetvie, pretože to môže mať dopad na segmenty polovodičového priemyslu s nízkou hodnotou.

Architektúry grafických procesorov (GPU) vyžadujú väčšiu plochu kremíka

S rastúcimi požiadavkami na výkon musia výrobcovia GPU prekonať niektoré konštrukčné obmedzenia, aby dosiahli vyšší výkon z GPU.Je zrejmé, že zväčšenie čipu je jedným zo spôsobov, ako dosiahnuť vyšší výkon, pretože elektróny neradi cestujú na veľké vzdialenosti medzi rôznymi čipmi, čo obmedzuje výkon.Zväčšenie čipu však má praktické obmedzenie, známe ako „limit sietnice“.

Litografický limit sa vzťahuje na maximálnu veľkosť čipu, ktorý môže byť exponovaný v jednom kroku v litografickom stroji používanom pri výrobe polovodičov.Toto obmedzenie je určené maximálnou veľkosťou magnetického poľa litografického zariadenia, najmä krokového alebo skenera používaného v procese litografie.Pre najnovšiu technológiu je limit masky zvyčajne okolo 858 štvorcových milimetrov.Toto obmedzenie veľkosti je veľmi dôležité, pretože určuje maximálnu plochu, ktorá môže byť vzorovaná na plátku pri jedinej expozícii.Ak je plátok väčší ako tento limit, na úplný vzor plátku budú potrebné viacnásobné expozície, čo je pre sériovú výrobu nepraktické z dôvodu zložitosti a problémov so zarovnaním.Nový GB200 prekoná toto obmedzenie spojením dvoch čipových substrátov s obmedzením veľkosti častíc do kremíkovej medzivrstvy, čím sa vytvorí substrát s obmedzeným množstvom častíc, ktorý je dvakrát väčší.Ďalšími obmedzeniami výkonu sú množstvo pamäte a vzdialenosť k tejto pamäti (tj šírka pásma pamäte).Nové architektúry GPU prekonávajú tento problém pomocou stohovanej pamäte s vysokou šírkou pásma (HBM), ktorá je nainštalovaná na rovnakom kremíkovom interposéri s dvoma čipmi GPU.Z hľadiska kremíka je problémom HBM to, že každý bit kremíkovej oblasti je dvakrát väčší ako tradičná DRAM kvôli vysokoparalelnému rozhraniu požadovanému pre veľkú šírku pásma.HBM tiež integruje logický riadiaci čip do každého zásobníka, čím sa zväčšuje plocha kremíka.Hrubý výpočet ukazuje, že plocha kremíka použitá v 2.5D GPU architektúre je 2,5 až 3 krát väčšia ako pri tradičnej 2.0D architektúre.Ako už bolo spomenuté, pokiaľ nie sú zlievarenské spoločnosti pripravené na túto zmenu, kapacita kremíkových plátkov môže byť opäť veľmi úzka.

Budúca kapacita trhu s kremíkovými doštičkami

Prvým z troch zákonov výroby polovodičov je, že najviac peňazí treba investovať, keď je k dispozícii najmenej peňazí.Je to spôsobené cyklickým charakterom tohto odvetvia a polovodičové spoločnosti majú problém dodržiavať toto pravidlo.Ako je znázornené na obrázku, väčšina výrobcov kremíkových plátkov si uvedomila vplyv tejto zmeny a v posledných štvrťrokoch takmer strojnásobila svoje celkové štvrťročné kapitálové výdavky.Napriek ťažkým podmienkam na trhu je to stále tak.O to zaujímavejšie je, že tento trend trvá už dlho.Spoločnosti vyrábajúce kremíkové doštičky majú šťastie alebo vedia niečo, čo iní nevedia.Dodávateľský reťazec polovodičov je stroj času, ktorý dokáže predpovedať budúcnosť.Vaša budúcnosť môže byť minulosťou niekoho iného.Aj keď nie vždy dostávame odpovede, takmer vždy dostávame hodnotné otázky.