Priemyselné správy: GPU zvyšuje dopyt po kremíkových doštičkách

Kremík je druhým najbežnejším materiálom na Zemi, po kyslíku a siedmym najbežnejším materiálom vo vesmíre. Silikón je polovodič, čo znamená, že má elektrické vlastnosti medzi vodičmi (napríklad meďou) a izolátormi (napríklad sklo). Malé množstvo zahraničných atómov v kremíkovej štruktúre môže zásadne zmeniť svoje správanie, takže čistota kremíka polovodiča musí byť neuveriteľne vysoká. Prijateľná minimálna čistota pre elektronický kremík je 99,99999%.

To znamená, že pre každých desať miliárd atómov je povolený iba jeden atóm, ktorý nie je sikrónom. Dobrá pitná voda umožňuje 40 miliónov nepodávacích molekúl, ktoré sú 50 miliónov krát menej čisté ako kremík polovodiča.

Prázdne výrobcovia kremíkových doštičiek musia previesť kremík s vysokým čistom na dokonalé jednosokryštálové štruktúry. To sa robí zavedením jediného materského kryštálu do roztaveného kremíka za primeranú teplotu. Keď sa okolo materského kryštálu začnú rásť nová dcéra kryštály, kremíkový ingot sa pomaly vytvára z roztaveného kremíka. Tento proces je pomalý a môže trvať týždeň. Dokončené kremíkové ingoty váži asi 100 kilogramov a dokáže vyrobiť viac ako 3 000 doštičiek.

Doštičky sa nakrájajú na tenké plátky pomocou veľmi jemného diamantového drôtu. Presnosť nástrojov na rezanie kremíka je veľmi vysoká a operátori sa musia neustále monitorovať, alebo začnú používať nástroje na to, aby robili hlúpe veci na svoje vlasy. Krátky úvod do výroby kremíkových doštičiek je príliš zjednodušený a neprinografuje príspevky géniov; Dúfa sa však, že poskytne zázemie pre hlbšie pochopenie obchodu s kremíkovými doštičkami.

Vzťah dodávok a dopytu kremíkových doštičiek

Trh s kremíkovým oblátkom dominujú štyri spoločnosti. Trh bol už dlho v jemnej rovnováhe medzi ponukou a dopytom.
Pokles predaja polovodičov v roku 2023 viedol trh k tomu, aby bol v stave nadmernej ponuky, čo spôsobilo, že vnútorné a externé zásoby výrobcov ChIP boli vysoké. Je to však iba dočasná situácia. Keď sa trh zotavuje, priemysel sa čoskoro vráti na okraj kapacity a musí uspokojiť dodatočný dopyt, ktorý spôsobil revolúciu AI. Prechod z tradičnej architektúry založenej na CPU na zrýchlené výpočty bude mať vplyv na celé odvetvie, pretože to však môže mať vplyv na segmenty nízkej hodnoty v polovodičovom priemysle.

Architektúry grafickej spracovateľskej jednotky (GPU) vyžadujú viac kremíka

Keď sa dopyt po zvyšovaní výkonu zvyšuje, musia výrobcovia GPU prekonať určité obmedzenia návrhu, aby sa dosiahol 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. Existuje však praktické obmedzenie, aby čip zväčšila, známa ako „limit sietnice“.

Litografický limit sa týka maximálnej veľkosti čipu, ktorý môže byť exponovaný v jedinom kroku v litografickom stroji používanom pri výrobe polovodičov. Toto obmedzenie je určené maximálnou veľkosťou magnetického poľa litografického zariadenia, najmä krokom alebo skenerom používaným 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 sa dá vzorka na oblátku v jednej expozícii. Ak je oblátka väčšia ako tento limit, bude potrebných viacnásobné expozície na úplné vymyslenie oblátky, čo je nepraktické pre hromadnú výrobu z dôvodu zložitosti a problémov s vyrovnaním. Nový GB200 prekoná toto obmedzenie kombináciou dvoch substrátov čipov s obmedzeniami veľkosti častíc do medzivrstvy kremíka, čím sa vytvorí substrát s vysokým častom obmedzeným, ktorý je dvakrát väčší. Ďalšími obmedzeniami výkonu sú množstvo pamäte a vzdialenosť od tejto pamäte (tj šírka pásma pamäte). Nové architektúry GPU prekonávajú tento problém pomocou naskladanej pamäť s vysokou šírkou šírky (HBM), ktorá je inštalovaná na rovnakom kremíkovom zákroku s dvoma čipmi GPU. Z hľadiska kremíka je problémom s HBM to, že každý kúsok kremíkovej oblasti je dvakrát väčší ako tradičný DRAM v dôsledku vysoko paralelného rozhrania potrebného pre vysokú šírku pásma. HBM tiež integruje logický regulačný čip do každého zásobníka, čím sa zvyšuje oblasť kremíka. Hrubý výpočet ukazuje, že oblasť kremíka použitá v 2,5D architektúre GPU je 2,5 až 3 -násobkom tradičnej architektúry 2.0D. Ako už bolo spomenuté, pokiaľ nie sú zložité spoločnosti pripravené na túto zmenu, kapacita kremíkových doštičiek sa môže opäť stať veľmi tesnou.

Budúca kapacita trhu s kremíkovými oblátkami

Prvým z troch zákonov výroby polovodičov je to, že najviac peňazí je potrebné investovať, keď je k dispozícii najmenšie množstvo peňazí. Dôvodom je cyklická povaha odvetvia a polovodičové spoločnosti majú po tomto pravidle ťažké čas. Ako je znázornené na obrázku, väčšina výrobcov kremíkových doštičiek uznala vplyv tejto zmeny a v posledných niekoľkých štvrťrokoch takmer strojnásobila svoje celkové štvrťročné kapitálové výdavky. Napriek zložitým trhovým podmienkam to tak stále platí. Čo je ešte zaujímavejšie, je to, že tento trend prebieha už dlho. Spoločnosti kremíkových doštičiek majú šťastie alebo vedia niečo, čo ostatní nemajú. 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 užitočné otázky.