ინდუსტრიის სიახლეები: გრაფიკული პროცესორები სილიკონის ვაფლებზე მოთხოვნას ზრდის

სილიციუმი დედამიწაზე მეორე ყველაზე გავრცელებული მასალაა ჟანგბადის შემდეგ და სამყაროში მეშვიდე ყველაზე გავრცელებული მასალა. სილიციუმი ნახევარგამტარია, რაც იმას ნიშნავს, რომ მას აქვს ელექტრული თვისებები გამტარებსა (მაგალითად, სპილენძი) და იზოლატორებს (მაგალითად, მინა) შორის. სილიციუმის სტრუქტურაში უცხო ატომების მცირე რაოდენობამ შეიძლება ფუნდამენტურად შეცვალოს მისი ქცევა, ამიტომ ნახევარგამტარული ხარისხის სილიციუმის სისუფთავე გასაოცრად მაღალი უნდა იყოს. ელექტრონული ხარისხის სილიციუმის მისაღები მინიმალური სისუფთავე 99.999999%-ია.

ეს ნიშნავს, რომ ყოველ ათ მილიარდ ატომზე მხოლოდ ერთი არასილიციუმის ატომია დაშვებული. კარგი სასმელი წყალი 40 მილიონ არაწყლიან მოლეკულას იძლევა, რაც 50 მილიონჯერ ნაკლებად სუფთაა, ვიდრე ნახევარგამტარული ხარისხის სილიციუმი.

ცარიელი სილიციუმის ვაფლის მწარმოებლებმა მაღალი სისუფთავის სილიციუმი იდეალურ ერთკრისტალურ სტრუქტურებად უნდა გარდაქმნან. ეს ხდება გამდნარ სილიციუმში ერთი დედა კრისტალის შესაბამის ტემპერატურაზე შეყვანით. როდესაც ახალი შვილეული კრისტალები დედა კრისტალის გარშემო იწყებენ ზრდას, გამდნარი სილიციუმისგან ნელ-ნელა წარმოიქმნება სილიციუმის ზოდი. პროცესი ნელია და შეიძლება ერთი კვირა დასჭირდეს. დასრულებული სილიციუმის ზოდი დაახლოებით 100 კილოგრამს იწონის და 3000-ზე მეტი ვაფლის დამზადება შეუძლია.

ვაფლები თხელ ნაჭრებად იჭრება ძალიან წვრილი ალმასის მავთულის გამოყენებით. სილიკონის საჭრელი ხელსაწყოების სიზუსტე ძალიან მაღალია და ოპერატორებს მუდმივი მონიტორინგი სჭირდებათ, წინააღმდეგ შემთხვევაში ისინი ხელსაწყოების გამოყენებას თმასთან სულელური რაღაცეების გასაკეთებლად დაიწყებენ. სილიკონის ვაფლების წარმოების მოკლე შესავალი ძალიან გამარტივებულია და სრულად არ ასახავს გენიოსების წვლილს; თუმცა, იმედია, ის სილიკონის ვაფლების ბიზნესის უფრო ღრმა გაგებისთვის საფუძველს შექმნის.

სილიკონის ვაფლების მიწოდებისა და მოთხოვნის ურთიერთობა

სილიკონის ვაფლის ბაზარზე ოთხი კომპანია დომინირებს. დიდი ხნის განმავლობაში, ბაზარი მიწოდებასა და მოთხოვნას შორის დელიკატურ ბალანსში იმყოფებოდა.
2023 წელს ნახევარგამტარების გაყიდვების შემცირებამ ბაზარი ჭარბი მიწოდების მდგომარეობაში ჩააგდო, რამაც ჩიპების მწარმოებლების შიდა და გარე მარაგების მაღალი მაჩვენებელი გამოიწვია. თუმცა, ეს მხოლოდ დროებითი სიტუაციაა. ბაზრის აღდგენისთანავე, ინდუსტრია მალე დაუბრუნდება სიმძლავრის ზღვარს და მოუწევს დააკმაყოფილოს ხელოვნური ინტელექტის რევოლუციით გამოწვეული დამატებითი მოთხოვნა. ტრადიციული პროცესორზე დაფუძნებული არქიტექტურიდან დაჩქარებულ გამოთვლებზე გადასვლა გავლენას მოახდენს მთელ ინდუსტრიაზე, რადგან ამან შეიძლება გავლენა მოახდინოს ნახევარგამტარების ინდუსტრიის დაბალი ღირებულების სეგმენტებზე.

გრაფიკული დამუშავების ბლოკის (GPU) არქიტექტურებს მეტი სილიკონის ფართობი სჭირდებათ

რადგანაც მუშაობისადმი მოთხოვნა იზრდება, გრაფიკული პროცესორების მწარმოებლებმა უნდა გადალახონ დიზაინის გარკვეული შეზღუდვები, რათა მიაღწიონ გრაფიკულ პროცესორებს უფრო მაღალი მუშაობის დონე. ცხადია, ჩიპის გადიდება უფრო მაღალი მუშაობის დონის მიღწევის ერთ-ერთი გზაა, რადგან ელექტრონებს არ მოსწონთ სხვადასხვა ჩიპებს შორის დიდ მანძილზე გადაადგილება, რაც ზღუდავს მუშაობის დონეს. თუმცა, ჩიპის გადიდებასთან დაკავშირებით არსებობს პრაქტიკული შეზღუდვა, რომელიც ცნობილია როგორც „ბადურის ზღვარი“.

ლითოგრაფიის ლიმიტი გულისხმობს ჩიპის მაქსიმალურ ზომას, რომლის ექსპოზიციაც შესაძლებელია ერთ ეტაპზე ნახევარგამტარების წარმოებაში გამოყენებულ ლითოგრაფიულ მანქანაში. ეს შეზღუდვა განისაზღვრება ლითოგრაფიული აღჭურვილობის მაქსიმალური მაგნიტური ველის ზომით, განსაკუთრებით ლითოგრაფიის პროცესში გამოყენებული სტეპერით ან სკანერით. უახლესი ტექნოლოგიებისთვის ნიღბის ლიმიტი, როგორც წესი, დაახლოებით 858 კვადრატული მილიმეტრია. ზომის ეს შეზღუდვა ძალიან მნიშვნელოვანია, რადგან ის განსაზღვრავს მაქსიმალურ ფართობს, რომლის ნიმუშის შექმნაც შესაძლებელია ვაფლზე ერთი ექსპოზიციით. თუ ვაფლი ამ ზღვარზე დიდია, ვაფლის სრულად მოდელირებისთვის საჭირო იქნება მრავალჯერადი ექსპოზიცია, რაც არაპრაქტიკულია მასობრივი წარმოებისთვის სირთულისა და გასწორების სირთულეების გამო. ახალი GB200 გადალახავს ამ შეზღუდვას ნაწილაკების ზომის შეზღუდვის მქონე ორი ჩიპური სუბსტრატის სილიკონის შუალედურ ფენაში გაერთიანებით, რითაც წარმოიქმნება სუპერ ნაწილაკებით შეზღუდული სუბსტრატი, რომელიც ორჯერ დიდია. სხვა შესრულების შეზღუდვებია მეხსიერების რაოდენობა და ამ მეხსიერებამდე მანძილი (ანუ მეხსიერების გამტარობა). ახალი GPU არქიტექტურები ამ პრობლემას გადალახავენ დაწყობილი მაღალი გამტარობის მეხსიერების (HBM) გამოყენებით, რომელიც დამონტაჟებულია იმავე სილიკონის შუალედზე ორ GPU ჩიპთან ერთად. სილიკონის პერსპექტივიდან გამომდინარე, HBM-ის პრობლემა ის არის, რომ სილიკონის თითოეული ბიტის ფართობი ორჯერ აღემატება ტრადიციულ DRAM-ს, მაღალი გამტარუნარიანობისთვის საჭირო მაღალი პარალელური ინტერფეისის გამო. HBM ასევე აერთიანებს ლოგიკური მართვის ჩიპს თითოეულ დასტაში, რაც ზრდის სილიკონის ფართობს. უხეში გამოთვლა აჩვენებს, რომ 2.5D GPU არქიტექტურაში გამოყენებული სილიკონის ფართობი 2.5-დან 3-ჯერ აღემატება ტრადიციულ 2.0D არქიტექტურას. როგორც ადრე აღვნიშნეთ, თუ ჩამოსხმის კომპანიები არ არიან მზად ამ ცვლილებისთვის, სილიკონის ვაფლის ტევადობა შეიძლება კვლავ ძალიან შეზღუდული გახდეს.

სილიკონის ვაფლის ბაზრის მომავალი სიმძლავრე

ნახევარგამტარების წარმოების სამი კანონიდან პირველი ის არის, რომ ყველაზე მეტი თანხის ინვესტირება მაშინ არის საჭირო, როდესაც ყველაზე ნაკლები თანხაა ხელმისაწვდომი. ეს განპირობებულია ინდუსტრიის ციკლური ბუნებით და ნახევარგამტარების კომპანიებს ამ წესის დაცვა უჭირთ. როგორც ნახაზზეა ნაჩვენები, სილიკონის ვაფლების მწარმოებლების უმეტესობამ გააცნობიერა ამ ცვლილების გავლენა და ბოლო რამდენიმე კვარტალში თითქმის სამჯერ გაზარდა კვარტალური კაპიტალური ხარჯები. რთული საბაზრო პირობების მიუხედავად, ეს დღემდე გრძელდება. კიდევ უფრო საინტერესოა, რომ ეს ტენდენცია დიდი ხანია გრძელდება. სილიკონის ვაფლების კომპანიები იღბლიანები არიან ან იციან ისეთი რამ, რაც სხვებმა არ იციან. ნახევარგამტარების მიწოდების ჯაჭვი დროის მანქანაა, რომელსაც შეუძლია მომავლის წინასწარმეტყველება. თქვენი მომავალი შეიძლება სხვისი წარსული იყოს. მიუხედავად იმისა, რომ პასუხებს ყოველთვის არ ვიღებთ, თითქმის ყოველთვის ვიღებთ ღირებულ კითხვებს.