Diep binne die voorsieningsketting verander sommige towenaars sand in perfekte diamantgestruktureerde silikonkristalskyfies, wat noodsaaklik is vir die hele halfgeleier-voorsieningsketting. Hulle is deel van die halfgeleier-voorsieningsketting wat die waarde van "silikonsand" met byna 'n duisend keer verhoog. Die dowwe gloed wat jy op die strand sien, is silikon. Silikon is 'n komplekse kristal met brosheid en 'n vastestofagtige metaal (metaal- en nie-metaal-eienskappe). Silikon is oral.
Silikon is die tweede mees algemene materiaal op Aarde, na suurstof, en die sewende mees algemene materiaal in die heelal. Silikon is 'n halfgeleier, wat beteken dat dit elektriese eienskappe het tussen geleiers (soos koper) en isolators (soos glas). 'n Klein hoeveelheid vreemde atome in die silikonstruktuur kan die gedrag daarvan fundamenteel verander, dus moet die suiwerheid van halfgeleiergraad-silikon verbasend hoog wees. Die aanvaarbare minimum suiwerheid vir elektroniesegraad-silikon is 99.999999%.
Dit beteken dat slegs een nie-silikonatoom vir elke tien miljard atome toegelaat word. Goeie drinkwater laat 40 miljoen nie-watermolekules toe, wat 50 miljoen keer minder suiwer is as halfgeleier-graad silikon.
Vervaardigers van leë silikonwafels moet hoë-suiwerheid silikon omskakel in perfekte enkelkristalstrukture. Dit word gedoen deur 'n enkelmoederkristal in gesmelte silikon by die gepaste temperatuur in te voer. Soos nuwe dogterkristalle rondom die moederkristal begin groei, vorm die silikonstaaf stadig uit die gesmelte silikon. Die proses is stadig en kan 'n week duur. Die voltooide silikonstaaf weeg ongeveer 100 kilogram en kan meer as 3 000 wafels maak.
Die wafels word in dun skyfies gesny met baie fyn diamantdraad. Die presisie van die silikon snygereedskap is baie hoog, en operateurs moet voortdurend gemonitor word, anders sal hulle die gereedskap begin gebruik om simpel dinge aan hul hare te doen. Die kort inleiding tot die produksie van silikonwafels is te vereenvoudig en gee nie ten volle erkenning aan die genieë se bydraes nie; maar daar word gehoop dat dit 'n agtergrond bied vir 'n dieper begrip van die silikonwafelbedryf.
Die vraag-en-aanbodverhouding van silikonwafers
Die silikonwafermark word deur vier maatskappye oorheers. Die mark was lank in 'n delikate balans tussen vraag en aanbod.
Die afname in halfgeleierverkope in 2023 het daartoe gelei dat die mark in 'n toestand van ooraanbod verkeer, wat veroorsaak dat skyfievervaardigers se interne en eksterne voorraad hoog is. Dit is egter slegs 'n tydelike situasie. Namate die mark herstel, sal die bedryf binnekort terugkeer na die rand van kapasiteit en moet aan die bykomende vraag voldoen wat deur die KI-rewolusie teweeggebring word. Die oorgang van tradisionele SVE-gebaseerde argitektuur na versnelde berekening sal 'n impak op die hele bedryf hê, aangesien dit egter 'n impak kan hê op die lae-waarde segmente van die halfgeleierbedryf.
Grafiese Verwerkingseenheid (GPU) argitekture vereis meer silikonoppervlakte
Namate die vraag na werkverrigting toeneem, moet GPU-vervaardigers sekere ontwerpbeperkings oorkom om hoër werkverrigting van GPU's te behaal. Dit is duidelik dat die groter maak van die skyfie een manier is om hoër werkverrigting te behaal, aangesien elektrone nie daarvan hou om lang afstande tussen verskillende skyfies te reis nie, wat werkverrigting beperk. Daar is egter 'n praktiese beperking om die skyfie groter te maak, bekend as die "retina-limiet".
Die litografielimiet verwys na die maksimum grootte van 'n skyfie wat in 'n enkele stap in 'n litografiemasjien wat in halfgeleiervervaardiging gebruik word, blootgestel kan word. Hierdie beperking word bepaal deur die maksimum magnetiese veldgrootte van die litografietoerusting, veral die stapmasjien of skandeerder wat in die litografieproses gebruik word. Vir die nuutste tegnologie is die maskerlimiet gewoonlik ongeveer 858 vierkante millimeter. Hierdie groottebeperking is baie belangrik omdat dit die maksimum area bepaal wat in 'n enkele blootstelling op die wafer gepatroneer kan word. As die wafer groter as hierdie limiet is, sal veelvuldige blootstellings nodig wees om die wafer volledig te patroneer, wat onprakties is vir massaproduksie as gevolg van kompleksiteit en belyningsuitdagings. Die nuwe GB200 sal hierdie beperking oorkom deur twee skyfiesubstrate met deeltjiegroottebeperkings in 'n silikon-tussenlaag te kombineer, wat 'n superdeeltjiebeperkte substraat vorm wat twee keer so groot is. Ander prestasiebeperkings is die hoeveelheid geheue en die afstand na daardie geheue (d.w.s. geheuebandwydte). Nuwe GPU-argitekture oorkom hierdie probleem deur gestapelde hoëbandwydte-geheue (HBM) te gebruik wat op dieselfde silikon-tussenlaag met twee GPU-skyfies geïnstalleer is. Vanuit 'n silikonperspektief is die probleem met HBM dat elke bietjie silikonoppervlakte twee keer dié van tradisionele DRAM is as gevolg van die hoë-parallelle koppelvlak wat benodig word vir hoë bandwydte. HBM integreer ook 'n logiese beheerskyfie in elke stapel, wat die silikonoppervlakte vergroot. 'n Rowwe berekening toon dat die silikonoppervlakte wat in 2.5D GPU-argitektuur gebruik word, 2.5 tot 3 keer dié van die tradisionele 2.0D-argitektuur is. Soos vroeër genoem, tensy gieterymaatskappye voorbereid is op hierdie verandering, kan silikonwafelkapasiteit weer baie beperk word.
Toekomstige kapasiteit van die silikonwafermark
Die eerste van die drie wette van halfgeleiervervaardiging is dat die meeste geld belê moet word wanneer die minste hoeveelheid geld beskikbaar is. Dit is as gevolg van die bedryf se sikliese aard, en halfgeleiermaatskappye sukkel om hierdie reël te volg. Soos in die figuur getoon, het die meeste silikonwafelvervaardigers die impak van hierdie verandering erken en hul totale kwartaallikse kapitaaluitgawes in die afgelope paar kwartale byna verdriedubbel. Ten spyte van die moeilike marktoestande, is dit steeds die geval. Wat nog interessanter is, is dat hierdie tendens al lank aan die gang is. Silikonwafelmaatskappye is gelukkig of weet iets wat ander nie weet nie. Die halfgeleiervoorsieningsketting is 'n tydmasjien wat die toekoms kan voorspel. Jou toekoms mag dalk iemand anders se verlede wees. Terwyl ons nie altyd antwoorde kry nie, kry ons amper altyd die moeite werd vrae.
Plasingstyd: 17 Junie 2024