No fondo da cadea de subministración, algúns magos converten a area en perfectos discos de cristal de silicio estruturados por diamantes, que son esenciais para toda a cadea de subministración de semiconductores. Forman parte da cadea de subministración de semiconductores que aumenta o valor da "area de silicio" en case mil veces. O débil brillo que ves na praia é o silicio. O silicio é un cristal complexo con fretidade e metal similar ao sólido (propiedades metálicas e non metálicas). O silicio está por todas partes.
O silicio é o segundo material máis común da Terra, despois do osíxeno, e o sétimo material máis común no universo. O silicio é un semiconductor, o que significa que ten propiedades eléctricas entre condutores (como o cobre) e os illantes (como o vidro). Unha pequena cantidade de átomos estranxeiros na estrutura de silicio pode cambiar fundamentalmente o seu comportamento, polo que a pureza do silicio de calidade semiconductor debe ser sorprendente. A pureza mínima aceptable para o silicio de calidade electrónica é do 99.999999%.
Isto significa que só se permite un átomo non silicio para cada dez mil millóns de átomos. Unha boa auga potable permite 40 millóns de moléculas non de auga, que é 50 millóns de veces menos pura que o silicio de calidade semiconductor.
Os fabricantes de obleas de silicio en branco deben converter o silicio de alta pureza en estruturas perfectas dun só cristal. Isto faise introducindo un cristal de nai solteira en silicio fundido á temperatura adecuada. A medida que os cristais da nova filla comezan a crecer ao redor do cristal da 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 son cortadas en franxas finas usando un fío de diamante moi fino. A precisión das ferramentas de corte de silicio é moi alta e os operadores deben ser controlados constantemente ou comezarán a usar as ferramentas para facer cousas parvas para o seu cabelo. A breve introdución á produción de obleas de silicio é demasiado simplificada e non acredita plenamente as contribucións dos xenios; Pero espérase proporcionar un fondo para unha comprensión máis profunda do negocio de obleas de silicio.
A relación de 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 a oferta e a demanda.
O descenso das vendas de semiconductores en 2023 levou ao mercado a estar en estado de abastecemento excesivo, facendo que os inventarios internos e externos dos fabricantes de chip sexan altos. Non obstante, esta é só unha situación temporal. A medida que o mercado se recupere, a industria volverá pronto ao bordo da capacidade e debe satisfacer a demanda adicional provocada pola Revolución da IA. A transición da arquitectura tradicional baseada na CPU á informática acelerada terá un impacto en toda a industria, xa que, con todo, isto pode ter un impacto nos segmentos de baixo valor da industria dos semiconductores.
As arquitecturas da unidade de procesamento de gráficos (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 maior é un xeito de conseguir un maior rendemento, xa que os electróns non lles gusta percorrer longas distancias entre diferentes chips, o que limita o rendemento. Non obstante, hai unha limitación práctica para facer o chip maior, coñecido como "límite de retina".
O límite de litografía refírese ao tamaño máximo dun chip que se pode expoñer nun só paso nunha máquina de litografía empregada na fabricación de semiconductores. Esta limitación está determinada polo tamaño máximo do campo magnético dos equipos de litografía, especialmente o paso ou o escáner empregado no proceso de litografía. Para a última tecnoloxía, o límite de máscara adoita ser arredor de 858 milímetros cadrados. Esta limitación do tamaño é moi importante porque determina a área máxima que se pode estampado na oblea nunha única exposición. Se a oblea é maior que este límite, serán necesarias múltiples exposicións para patrón completamente a oblea, o que non é práctico para a produción en masa debido á complexidade e aos retos de aliñamento. O novo GB200 superará esta limitación combinando dous substratos de chip con limitacións do tamaño de partículas nun intercambiador de silicio, formando un substrato limitado por superpartículas que é o dobre de grande. Outras limitacións de rendemento son a cantidade de memoria e a distancia a esa memoria (é dicir, ancho de banda de memoria). As novas arquitecturas GPU superan este problema empregando memoria de ancho de banda alta apilada (HBM) que está instalada no mesmo interposador de silicio con dous chips GPU. Desde a perspectiva de silicio, o problema con HBM é que cada bit de área de silicio é o dobre do DRAM tradicional debido á interface de alta paralela necesaria para o 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 empregada na arquitectura GPU 2.5D é de 2,5 a 3 veces a da arquitectura tradicional 2.0D. Como se mencionou anteriormente, a non ser que as empresas de fundición estean preparadas para este cambio, a capacidade de oblea de silicio pode volver a ser moi axustada.
Capacidade futura do mercado de obleas de silicio
A primeira das tres leis da fabricación de semiconductores é que o maior diñeiro debe investirse cando se dispón da menor cantidade de diñeiro. Isto débese á natureza cíclica da industria e as empresas de semiconductores 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 trimestrais de capital nos últimos trimestres. A pesar das difíciles condicións do mercado, este é aínda así. O que é aínda máis interesante é que esta tendencia está a suceder desde hai moito tempo. As empresas de obleas de silicio teñen a sorte ou saben algo que outros non. A cadea de subministración de semiconductores é unha máquina de tempo que pode predicir o futuro. O teu futuro pode ser o pasado doutra persoa. Aínda que non sempre recibimos respostas, case sempre recibimos preguntas dignas.
Tempo de publicación: 17-2024 de xuño