Глибоко всередині ланцюга постачання деякі маги перетворюють пісок на ідеальні кремнієві кристалічні диски з алмазною структурою, які є важливими для всього ланцюга постачання напівпровідників.Вони є частиною ланцюжка постачання напівпровідників, що збільшує вартість «силіконового піску» майже в тисячу разів.Слабке світіння, яке ви бачите на пляжі, - це кремній.Силіцій - це складний кристал з крихкістю і твердоподібним металом (металічні та неметалічні властивості).Кремній всюди.
Кремній є другим за поширеністю матеріалом на Землі після кисню та сьомим за поширеністю матеріалом у Всесвіті.Кремній є напівпровідником, тобто він має електричні властивості між провідниками (наприклад, міддю) та ізоляторами (такими як скло).Невелика кількість сторонніх атомів у структурі кремнію може фундаментально змінити її поведінку, тому чистота напівпровідникового кремнію має бути надзвичайно високою.Прийнятна мінімальна чистота кремнію електронного класу становить 99,999999%.
Це означає, що на кожні десять мільярдів атомів допускається лише один некремнієвий атом.Хороша питна вода містить 40 мільйонів неводних молекул, що в 50 мільйонів разів менше, ніж напівпровідниковий кремній.
Виробники чистих кремнієвих пластин повинні перетворювати кремній високої чистоти в ідеальні монокристалічні структури.Це робиться шляхом введення одного материнського кристала в розплавлений кремній при відповідній температурі.Коли нові дочірні кристали починають рости навколо материнського кристала, кремнієвий злиток повільно формується з розплавленого кремнію.Процес повільний і може тривати тиждень.Готовий кремнієвий злиток важить близько 100 кілограмів, з нього можна виготовити понад 3000 пластин.
Вафлі нарізають тонкими скибочками за допомогою дуже тонкого алмазного дроту.Точність силіконових ріжучих інструментів дуже висока, і оператори повинні перебувати під постійним наглядом, інакше вони почнуть використовувати інструменти, щоб робити дурниці зі своїм волоссям.Короткий вступ до виробництва кремнієвих пластин є надто спрощеним і не повністю враховує внесок геніїв;але сподіваємося, що це дасть основу для глибшого розуміння бізнесу кремнієвих пластин.
Співвідношення попиту та пропозиції кремнієвих пластин
На ринку кремнієвих пластин домінують чотири компанії.Довгий час ринок перебував у тонкому балансі між попитом і пропозицією.
Падіння продажів напівпровідників у 2023 році призвело до того, що ринок опинився в стані надлишку пропозиції, через що внутрішні та зовнішні запаси виробників чіпів були високими.Однак це лише тимчасова ситуація.Коли ринок відновиться, галузь незабаром повернеться до межі можливостей і має задовольнити додатковий попит, викликаний революцією ШІ.Перехід від традиційної архітектури на основі центрального процесора до прискорених обчислень матиме вплив на всю галузь, оскільки, однак, це може вплинути на малоцінні сегменти напівпровідникової промисловості.
Архітектура графічного процесора (GPU) вимагає більшої площі кремнію
Оскільки вимоги до продуктивності зростають, виробники графічних процесорів повинні подолати деякі конструктивні обмеження, щоб досягти вищої продуктивності графічних процесорів.Очевидно, що збільшення чіпа є одним із способів досягти вищої продуктивності, оскільки електрони не люблять подорожувати на великі відстані між різними чіпами, що обмежує продуктивність.Однак існує практичне обмеження для збільшення чіпа, відоме як «ліміт сітківки».
Обмеження для літографії стосується максимального розміру чіпа, який можна експонувати за один крок у літографічній машині, яка використовується у виробництві напівпровідників.Це обмеження визначається максимальним розміром магнітного поля літографічного обладнання, особливо крокового або сканера, який використовується в процесі літографії.Для новітніх технологій обмеження маски зазвичай становить близько 858 квадратних міліметрів.Це обмеження розміру дуже важливе, оскільки воно визначає максимальну площу, яку можна нанести на пластину за одну експозицію.Якщо розмір пластини перевищує цей ліміт, знадобиться кілька експозицій, щоб створити повний малюнок пластини, що є непрактичним для масового виробництва через складність і проблеми з вирівнюванням.Новий GB200 подолає це обмеження, об’єднавши дві підкладки мікросхеми з обмеженням розміру частинок у кремнієвий прошарок, утворюючи вдвічі більшу підкладку з обмеженим вмістом суперчастинок.Іншими обмеженнями продуктивності є обсяг пам'яті та відстань до цієї пам'яті (тобто пропускна здатність пам'яті).Нові архітектури графічного процесора долають цю проблему, використовуючи стекову пам’ять високої пропускної здатності (HBM), яка встановлюється на той самий кремнієвий інтерпозер із двома мікросхемами графічного процесора.З точки зору кремнію, проблема з HBM полягає в тому, що кожен біт кремнієвої площі вдвічі перевищує традиційну DRAM через високопаралельний інтерфейс, необхідний для високої пропускної здатності.HBM також інтегрує мікросхему логічного керування в кожен стек, збільшуючи площу кремнію.Приблизний підрахунок показує, що площа кремнію, яка використовується в архітектурі 2.5D GPU, у 2,5-3 рази більша, ніж у традиційній архітектурі 2.0D.Як згадувалося раніше, якщо ливарні компанії не будуть готові до цієї зміни, потужність кремнієвих пластин може знову стати дуже обмеженою.
Майбутня ємність ринку кремнієвих пластин
Перший із трьох законів виробництва напівпровідників полягає в тому, що потрібно інвестувати найбільше грошей, коли доступна найменша сума грошей.Це пов’язано з циклічним характером галузі, і напівпровідниковим компаніям важко дотримуватися цього правила.Як показано на малюнку, більшість виробників кремнієвих пластин визнали вплив цієї зміни та за останні кілька кварталів майже потроїли свої загальні квартальні капітальні витрати.Незважаючи на складні ринкові умови, це все ще так.Що ще цікавіше, ця тенденція триває вже давно.Компаніям, які займаються виробництвом силіконових пластин, пощастило або знають щось, чого інші не знають.Ланцюг постачання напівпровідників — це машина часу, яка може передбачити майбутнє.Ваше майбутнє може бути чиїмось минулим.Хоча ми не завжди отримуємо відповіді, ми майже завжди отримуємо важливі запитання.
Час публікації: 17 червня 2024 р