Az ellátási lánc mélyén egyes mágusok homokból tökéletes gyémántszerkezetű szilíciumkristály-korongokat készítenek, amelyek elengedhetetlenek a teljes félvezető-ellátási lánc számára. Részét képezik annak a félvezető-ellátási láncnak, amely közel ezerszeresére növeli a "szilíciumhomok" értékét. A tengerparton látható halvány fény a szilícium. A szilícium egy összetett kristály, amely törékeny és szilárd fémhez hasonló (fémes és nemfémes tulajdonságokkal). A szilícium mindenhol jelen van.
A szilícium a második leggyakoribb anyag a Földön az oxigén után, és a hetedik leggyakoribb anyag az univerzumban. A szilícium félvezető, ami azt jelenti, hogy elektromos tulajdonságokkal rendelkezik a vezetők (például a réz) és a szigetelők (például az üveg) között. A szilícium szerkezetében lévő kis mennyiségű idegen atom alapvetően megváltoztathatja a viselkedését, ezért a félvezető minőségű szilícium tisztaságának meglepően magasnak kell lennie. Az elektronikai minőségű szilícium elfogadható minimális tisztasága 99,999999%.
Ez azt jelenti, hogy minden tízmilliárd atomra csak egy nem szilícium atom engedélyezett. A jó ivóvíz 40 millió nem víz molekulát tesz lehetővé, ami 50 milliószor kevésbé tiszta, mint a félvezető minőségű szilícium.
Az üres szilícium ostya gyártóknak a nagy tisztaságú szilíciumot tökéletes egykristályos szerkezetekké kell alakítaniuk. Ezt úgy teszik, hogy egy anyakristályt vezetnek be az olvadt szilíciumba megfelelő hőmérsékleten. Ahogy az új leánykristályok elkezdenek növekedni az anyakristály körül, a szilíciumöntvény lassan kialakul az olvadt szilíciumból. A folyamat lassú, és akár egy hétig is eltarthat. A kész szilíciumöntvény súlya körülbelül 100 kilogramm, és több mint 3000 ostya készíthető belőle.
A szeleteket nagyon finom gyémántdróttal vékony szeletekre vágják. A szilíciumvágó szerszámok pontossága nagyon magas, és a kezelőket folyamatosan ellenőrizni kell, különben elkezdhetik használni a szerszámokat, hogy butaságokat műveljenek a hajukkal. A szilícium-ostyák gyártásának rövid bevezetése túlságosan leegyszerűsített, és nem ismeri el teljes mértékben a zsenik hozzájárulását; de remélhetőleg hátteret nyújt a szilícium-ostya üzlet mélyebb megértéséhez.
A szilícium ostyák kínálatának és keresletének viszonya
A szilícium ostyák piacát négy vállalat uralja. A piac hosszú ideje kényes egyensúlyban van a kínálat és a kereslet között.
A félvezető-eladások 2023-as visszaesése túlkínálathoz vezetett a piacon, ami a chipgyártók belső és külső készleteinek magas szintjét okozta. Ez azonban csak átmeneti helyzet. Ahogy a piac fellendül, az iparág hamarosan visszatér a kapacitás határára, és ki kell elégítenie a mesterséges intelligencia forradalmának okozta többletkeresletet. A hagyományos CPU-alapú architektúráról a gyorsított számítástechnikára való áttérés az egész iparágra hatással lesz, mivel ez azonban hatással lehet a félvezetőipar alacsony értékű szegmenseire is.
A grafikus feldolgozóegység (GPU) architektúrák nagyobb szilíciumfelületet igényelnek
Ahogy a teljesítményigény növekszik, a GPU-gyártóknak le kell küzdeniük bizonyos tervezési korlátokat a GPU-k nagyobb teljesítményének elérése érdekében. Nyilvánvaló, hogy a chip méretének növelése az egyik módja a nagyobb teljesítmény elérésének, mivel az elektronok nem szeretnek nagy távolságokat megtenni a különböző chipek között, ami korlátozza a teljesítményt. A chip méretének növelésének azonban van egy gyakorlati korlátja, amelyet "retina-határnak" neveznek.
A litográfiai határérték egy chip maximális méretére utal, amelyet egyetlen lépésben meg lehet világítani a félvezetőgyártásban használt litográfiai gépben. Ezt a korlátozást a litográfiai berendezés, különösen a litográfiai eljárásban használt léptető vagy szkenner maximális mágneses mezőmérete határozza meg. A legújabb technológiánál a maszkhatár általában 858 négyzetmilliméter körül van. Ez a méretkorlátozás nagyon fontos, mert meghatározza a lapkán egyetlen expozícióval mintázható maximális területet. Ha a lapka nagyobb, mint ez a határ, akkor több expozícióra lesz szükség a lapka teljes mintázásához, ami a tömeggyártásnál a bonyolultság és az illesztési kihívások miatt nem praktikus. Az új GB200 úgy küszöböli ki ezt a korlátozást, hogy két, részecskeméret-korlátozással rendelkező chipszubsztrátot egy szilícium közbenső réteggé egyesít, így egy kétszer akkora, szuperrészecske-korlátozott szubsztrátot hoz létre. További teljesítménykorlátozások a memória mennyisége és a memóriától való távolság (azaz a memória sávszélessége). Az új GPU-architektúrák ezt a problémát úgy küszöbölik ki, hogy egymásra rakott nagy sávszélességű memóriát (HBM) használnak, amelyet ugyanarra a szilícium interposerre telepítenek, mint két GPU-chipet. Szilikon szempontból a HBM problémája az, hogy a szilícium minden egyes bitjének területe kétszerese a hagyományos DRAM-énak, mivel a nagy sávszélességhez magas párhuzamos interfész szükséges. A HBM minden egyes verembe egy logikai vezérlő chipet is integrál, növelve a szilícium területét. Egy durva számítás azt mutatja, hogy a 2,5D GPU architektúrában használt szilícium terület 2,5-3-szorosa a hagyományos 2,0D architektúráénak. Ahogy korábban említettük, hacsak az öntödei vállalatok nincsenek felkészülve erre a változásra, a szilícium ostya kapacitása ismét nagyon szűkössé válhat.
A szilícium ostya piac jövőbeli kapacitása
A félvezetőgyártás három törvénye közül az első az, hogy a legtöbb pénzt akkor kell befektetni, amikor a legkevesebb pénz áll rendelkezésre. Ez az iparág ciklikus jellegének köszönhető, és a félvezetőgyártó vállalatok nehezen tudják betartani ezt a szabályt. Amint az ábrán látható, a legtöbb szilíciumlapka-gyártó felismerte ennek a változásnak a hatását, és az elmúlt néhány negyedévben csaknem megháromszorozta teljes negyedéves tőkekiadásait. A nehéz piaci körülmények ellenére ez továbbra is így van. Ami még érdekesebb, hogy ez a tendencia már régóta tart. A szilíciumlapka-gyártó vállalatok szerencsések, vagy tudnak valamit, amit mások nem. A félvezető-ellátási lánc egy időgép, amely képes megjósolni a jövőt. A jövőd lehet valaki más múltja. Bár nem mindig kapunk válaszokat, szinte mindig értelmes kérdéseket kapunk.
Közzététel ideje: 2024. június 17.