ინდუსტრიის ახალი ამბები: GPU ზრდის მოთხოვნას სილიკონის ვაფებზე

სილიკონი არის მეორე ყველაზე გავრცელებული მასალა დედამიწაზე, ჟანგბადის შემდეგ და სამყაროში მეშვიდე ყველაზე გავრცელებული მასალა. სილიკონი არის ნახევარგამტარული, რაც იმას ნიშნავს, რომ მას აქვს ელექტრული თვისებები დირიჟორებს (მაგალითად, სპილენძს) და იზოლატორებს (მაგალითად, მინას). სილიკონის სტრუქტურაში უცხოური ატომების მცირე რაოდენობამ შეიძლება ფუნდამენტურად შეცვალოს მისი ქცევა, ამიტომ ნახევარგამტარული დონის სილიკონის სიწმინდე გასაოცრად მაღალი უნდა იყოს. ელექტრონული კლასის სილიკონისთვის მისაღები მინიმალური სიწმინდეა 99.999999%.

ეს ნიშნავს, რომ მხოლოდ ათი მილიარდი ატომისთვის ნებადართულია მხოლოდ ერთი არა-სილიკონის ატომ. კარგი სასმელი წყალი საშუალებას იძლევა 40 მილიონი არა წყლის მოლეკულა, რაც 50 მილიონჯერ ნაკლებია სუფთა, ვიდრე ნახევარგამტარული დონის სილიკონი.

ცარიელი სილიკონის ვაფლის მწარმოებლებმა უნდა გადააქციონ მაღალი სიწმინდის სილიკონი სრულყოფილ კრისტალურ სტრუქტურებში. ეს კეთდება ერთი დედის ბროლის შემოტანას მდნარ სილიკონში შესაბამის ტემპერატურაზე. როდესაც ახალი ქალიშვილი კრისტალები იწყებენ ზრდას დედა კრისტალის გარშემო, სილიკონის ინგოტი ნელა იქმნება მდნარი სილიკონისგან. პროცესი ნელია და შეიძლება კვირაში დასჭირდეს. დასრულებული სილიკონის ინგოტი დაახლოებით 100 კილოგრამს იწონის და შეუძლია 3000 -ზე მეტი ვაფის გაკეთება.

ძაფები იჭრება თხელი ნაჭრებით ძალიან წვრილი ალმასის მავთულის გამოყენებით. სილიკონის ჭრის ხელსაწყოების სიზუსტე ძალიან მაღალია და ოპერატორები მუდმივად უნდა მონიტორინგონ, ან ისინი დაიწყებენ ინსტრუმენტების გამოყენებას თმისთვის სულელური ნივთების გასაკეთებლად. სილიკონის ძაფების წარმოების მოკლე შესავალი ძალიან გამარტივებულია და სრულად არ ასრულებს გენიოსების შენატანებს; მაგრამ იმედოვნებს, რომ უზრუნველყოფს სილიკონის ვაფლის ბიზნესის უფრო ღრმა გაგების ფონს.

Silicon Wafers- ის მიწოდებისა და მოთხოვნის ურთიერთობა

სილიკონის ვაფლის ბაზარზე დომინირებს ოთხი კომპანია. დიდი ხნის განმავლობაში, ბაზარი დელიკატურ ბალანსშია მიწოდებასა და მოთხოვნას შორის.
ნახევარგამტარული გაყიდვების შემცირებამ 2023 წელს გამოიწვია ბაზარი გადაჭარბებული მდგომარეობაში, რამაც ჩიპების მწარმოებლების შიდა და გარე ინვენტარიზაცია მაღალი იყოს. ამასთან, ეს მხოლოდ დროებითი სიტუაციაა. როგორც ბაზარი გამოჯანმრთელდება, ინდუსტრია მალე დაუბრუნდება შესაძლებლობების ზღვარს და უნდა დააკმაყოფილოს AI რევოლუციის შედეგად მიღებული დამატებითი მოთხოვნა. ტრადიციული CPU– ზე დაფუძნებული არქიტექტურიდან დაჩქარებულ გამოთვლებზე გადასვლა გავლენას მოახდენს მთელ ინდუსტრიაზე, რადგან ეს შეიძლება გავლენა იქონიოს ნახევარგამტარული ინდუსტრიის დაბალი ღირებულების სეგმენტებზე.

გრაფიკული დამუშავების ერთეულის (GPU) არქიტექტურას მეტი სილიკონის არეალი მოითხოვს

როგორც მოთხოვნაზე მოთხოვნა იზრდება, GPU მწარმოებლებმა უნდა გადალახონ დიზაინის გარკვეული შეზღუდვები, რომ მიაღწიონ GPU- ს უფრო მაღალ შესრულებას. ცხადია, რომ ჩიპის უფრო დიდი მიღწევა უფრო მაღალი შესრულების მისაღწევად, რადგან ელექტრონებს არ მოსწონთ სხვადასხვა ჩიპსებს შორის გრძელი დისტანციებზე მოგზაურობა, რაც ზღუდავს შესრულებას. ამასთან, არსებობს პრაქტიკული შეზღუდვა, რომ ჩიპი უფრო დიდი გახდეს, რომელიც ცნობილია როგორც "ბადურის ლიმიტი".

ლითოგრაფიის ლიმიტი ეხება ჩიპის მაქსიმალურ ზომას, რომელიც შეიძლება გამოვლინდეს ერთ ნაბიჯში, ლითოგრაფიის მანქანაში, რომელიც გამოიყენება ნახევარგამტარული წარმოებაში. ეს შეზღუდვა განისაზღვრება ლითოგრაფიის აღჭურვილობის მაქსიმალური მაგნიტური ველის ზომით, განსაკუთრებით ლითოგრაფიის პროცესში გამოყენებული სტეპერი ან სკანერი. უახლესი ტექნოლოგიისთვის, ნიღბის ლიმიტი, როგორც წესი, დაახლოებით 858 კვადრატულ მილიმეტრს შეადგენს. ეს ზომის შეზღუდვა ძალიან მნიშვნელოვანია, რადგან ის განსაზღვრავს მაქსიმალურ არეალს, რომელიც შეიძლება ვაფლის ნიმუშით იყოს ერთი ექსპოზიციის დროს. თუ ვაფლი ამ ზღვარზე უფრო დიდია, ვაფლის სრულად ნიმუშის მისაღწევად მრავალჯერადი ექსპოზიცია იქნება საჭირო, რაც მასობრივი წარმოებისთვის არაპრაქტიკულია სირთულისა და გასწორების გამოწვევების გამო. ახალი GB200 გადალახავს ამ შეზღუდვას, ორი ჩიპური სუბსტრატის ნაწილაკების ზომების შეზღუდვებით აერთიანებს სილიკონის ინტერლეიში, ქმნის სუპერ ნაწილაკების შეზღუდულ სუბსტრატს, რომელიც ორჯერ უფრო დიდია. სხვა შესრულების შეზღუდვები არის მეხსიერების რაოდენობა და ამ მეხსიერების მანძილი (ე.ი. მეხსიერების სიჩქარეს). GPU– ს ახალმა არქიტექტურამ გადალახა ეს პრობლემა მაღალი გამტარუნარიანობის მეხსიერების (HBM) გამოყენებით, რომელიც დამონტაჟებულია იმავე სილიკონის ინტერპოზზე, ორი GPU ჩიპით. სილიკონის თვალსაზრისით, HBM– ს პრობლემა ის არის, რომ სილიკონის თითოეული ნაკვეთი ორჯერ მეტია ტრადიციული DRAM– ით, მაღალი გამტარობისთვის საჭირო მაღალი პარალელური ინტერფეისის გამო. HBM ასევე აერთიანებს ლოგიკური კონტროლის ჩიპს თითოეულ დასტაში, ზრდის სილიკონის არეალს. უხეში გაანგარიშებით გვიჩვენებს, რომ 2.5D GPU- ს არქიტექტურაში გამოყენებული სილიკონის არეა 2.5 -დან 3 -ჯერ მეტი ვიდრე ტრადიციული 2.0D არქიტექტურა. როგორც უკვე აღვნიშნეთ, თუ სამსხმელო კომპანიები არ არიან მომზადებული ამ ცვლილებისთვის, სილიკონის ვაფლის სიმძლავრე შეიძლება კვლავ გახდეს ძალიან მჭიდრო.

სილიკონის ვაფლის ბაზრის მომავალი სიმძლავრე

ნახევარგამტარული წარმოების სამი კანონიდან პირველი არის ის, რომ ყველაზე მეტი თანხის ინვესტიციაა საჭირო, როდესაც ყველაზე ნაკლები თანხა ხელმისაწვდომია. ეს გამოწვეულია ინდუსტრიის ციკლური ბუნებით და ნახევარგამტარული კომპანიები ამ წესის დაცვას უჭირთ. როგორც ფიგურაშია ნაჩვენები, სილიკონის ვაფლის მწარმოებლების უმეტესობამ აღიარა ამ ცვლილების გავლენა და ბოლო რამდენიმე კვარტალში თითქმის სამჯერ გაიზარდა მათი მთლიანი კვარტალური კაპიტალური ხარჯები. ბაზრის რთული პირობების მიუხედავად, ეს მაინც ასეა. კიდევ უფრო საინტერესოა ის, რომ ეს ტენდენცია დიდი ხანია მიმდინარეობს. სილიკონის ვაფლის კომპანიებს გაუმართლა ან იციან ისეთი რამ, რაც სხვები არ არიან. ნახევარგამტარული მიწოდების ქსელი არის დროის მანქანა, რომელსაც შეუძლია მომავლის პროგნოზირება. თქვენი მომავალი შეიძლება იყოს სხვისი წარსული. მიუხედავად იმისა, რომ ჩვენ ყოველთვის არ ვიღებთ პასუხებს, ჩვენ თითქმის ყოველთვის ვიღებთ ღირებული კითხვებს.