Noticias da industria: a GPU aumenta a demanda de obleas de silicio

O silicio é o segundo material máis común na Terra, despois do osíxeno, e o sétimo material máis común no universo.O silicio é un semicondutor, é dicir, ten propiedades eléctricas entre condutores (como o cobre) e illantes (como o vidro).Unha pequena cantidade de átomos estraños na estrutura do silicio pode cambiar fundamentalmente o seu comportamento, polo que a pureza do silicio de calidade semicondutor debe ser sorprendentemente alta.A pureza mínima aceptable para o silicio de calidade electrónica é do 99,999999 %.

Isto significa que só se permite un átomo non de silicio por cada dez mil millóns de átomos.A boa auga potable permite 40 millóns de moléculas non auga, o que é 50 millóns de veces menos puro que o silicio de calidade semicondutor.

Os fabricantes de obleas de silicio en branco deben converter o silicio de alta pureza en perfectas estruturas de cristal único.Isto faise introducindo un único cristal nai no silicio fundido á temperatura adecuada.A medida que comezan a crecer novos cristais fillos arredor do cristal nai, o lingote de silicio fórmase lentamente a partir do silicio fundido.O proceso é lento e pode levar unha semana.O lingote de silicio acabado pesa uns 100 quilogramos e pode facer máis de 3.000 obleas.

As obleas córtanse en rodajas finas usando un fío de diamante moi fino.A precisión das ferramentas de corte de silicio é moi alta, e os operadores deben ser monitorizados constantemente, ou comezarán a usar as ferramentas para facerlle tonterías ao cabelo.A breve introdución á produción de obleas de silicio é demasiado simplificada e non acredita totalmente as contribucións dos xenios;pero espérase que proporcione unha base para unha comprensión máis profunda do negocio das obleas de silicio.

A relación oferta e demanda de obleas de silicio

O mercado de obleas de silicio está dominado por catro empresas.Durante moito tempo, o mercado estivo nun delicado equilibrio entre oferta e demanda.
O descenso das vendas de semicondutores en 2023 levou ao mercado a estar nun estado de sobreoferta, o que provocou que os inventarios internos e externos dos fabricantes de chips sexan elevados.Non obstante, esta é só unha situación temporal.A medida que o mercado se recupere, a industria pronto volverá ao límite da capacidade e deberá satisfacer a demanda adicional provocada pola revolución da IA.A transición da arquitectura tradicional baseada en CPU á computación acelerada terá un impacto en toda a industria, xa que non obstante, isto pode ter un impacto nos segmentos de baixo valor da industria de semicondutores.

As arquitecturas da Unidade de Procesamento Gráfico (GPU) requiren máis área de silicio

A medida que aumenta a demanda de rendemento, os fabricantes de GPU deben superar algunhas limitacións de deseño para conseguir un maior rendemento das GPU.Obviamente, facer que o chip sexa máis grande é unha forma de conseguir un maior rendemento, xa que aos electróns non lles gusta percorrer longas distancias entre diferentes chips, o que limita o rendemento.Non obstante, existe unha limitación práctica para facer o chip máis grande, coñecida como "límite da retina".

O límite de litografía refírese ao tamaño máximo dun chip que se pode expoñer nun só paso nunha máquina de litografía utilizada na fabricación de semicondutores.Esta limitación vén determinada polo tamaño máximo do campo magnético do equipo de litografía, especialmente polo paso a paso ou escáner utilizado no proceso de litografía.Para a tecnoloxía máis recente, o límite da máscara adoita ser duns 858 milímetros cadrados.Esta limitación de tamaño é moi importante porque determina a área máxima que se pode modelar na oblea nunha única exposición.Se a oblea é maior que este límite, serán necesarias varias exposicións para modelar completamente a oblea, o que non é práctico para a produción en masa debido á complexidade e aos desafíos de aliñamento.O novo GB200 superará esta limitación combinando dous substratos de chip con limitacións de tamaño de partícula nunha capa intermedia de silicio, formando un substrato limitado en súper partículas que é dúas veces máis grande.Outras limitacións de rendemento son a cantidade de memoria e a distancia a esa memoria (é dicir, o ancho de banda da memoria).As novas arquitecturas de GPU superan este problema empregando memoria apilada de gran ancho de banda (HBM) que se instala no mesmo intercalador de silicio con dous chips de GPU.Desde a perspectiva do silicio, o problema con HBM é que cada bit de área de silicio é o dobre que a DRAM tradicional debido á interface de alto paralelismo necesaria para un ancho de banda elevado.HBM tamén integra un chip de control lóxico en cada pila, aumentando a área de silicio.Un cálculo aproximado mostra que a área de silicio utilizada na arquitectura de GPU 2.5D é de 2.5 a 3 veces a da arquitectura tradicional 2.0D.Como se mencionou anteriormente, a menos que as empresas de fundición estean preparadas para este cambio, a capacidade das obleas de silicio pode volver ser moi reducida.

Capacidade futura do mercado de obleas de silicio

A primeira das tres leis da fabricación de semicondutores é que hai que investir a maior cantidade de diñeiro cando hai menos diñeiro dispoñible.Isto débese ao carácter cíclico da industria, e as empresas de semicondutores teñen dificultades para seguir esta regra.Como se mostra na figura, a maioría dos fabricantes de obleas de silicio recoñeceron o impacto deste cambio e case triplicaron os seus gastos de capital trimestrais totais nos últimos trimestres.A pesar das difíciles condicións do mercado, este segue sendo así.O que é aínda máis interesante é que esta tendencia leva moito tempo.As empresas de obleas de silicio teñen a sorte ou saben algo que outros non.A cadea de subministración de semicondutores é unha máquina do tempo que pode predecir o futuro.O teu futuro pode ser o pasado doutra persoa.Aínda que non sempre obtemos respostas, case sempre recibimos preguntas que valen a pena.