Az ellátási lánc mélyén egyes mágusok a homokot tökéletes gyémánt szerkezetű szilíciumkristály korongokká alakítják, amelyek elengedhetetlenek a félvezetők teljes ellátási láncához. Részei annak a félvezető ellátási láncnak, amely közel ezerszeresére növeli a "szilícium homok" értékét. A parton látható halvány fény szilícium. A szilícium egy összetett kristály ridegséggel és szilárd fémszerűséggel (fémes és nemfémes tulajdonságokkal). A szilícium mindenhol ott van.
A szilícium az oxigén után a második leggyakoribb anyag a Földön, és a hetedik leggyakoribb anyag a világegyetemben. A szilícium egy félvezető, ami azt jelenti, hogy elektromos tulajdonságai vannak a vezetők (például réz) és a szigetelők (például üveg) között. A szilícium szerkezetében lévő kis mennyiségű idegen atom alapvetően megváltoztathatja a viselkedését, ezért a félvezető minőségű szilícium tisztaságának elképesztően magasnak kell lennie. Az elektronikus minőségű szilícium elfogadható minimális tisztasága 99,999999%.
Ez azt jelenti, hogy minden tízmilliárd atomra csak egy nem szilícium atom megengedett. A jó ivóvíz 40 millió nem vízmolekulát tesz lehetővé, ami 50 milliószor kevésbé tiszta, mint a félvezető minőségű szilícium.
Az üres szilícium lapkagyártóknak a nagy tisztaságú szilíciumot tökéletes egykristályos szerkezetekké kell alakítaniuk. Ez úgy történik, hogy megfelelő hőmérsékleten egyetlen anyakristályt viszünk az olvadt szilíciumba. Amint új leánykristályok kezdenek növekedni az anyakristály körül, a szilíciumöntvény lassan kialakul az olvadt szilíciumból. A folyamat lassú, és egy hétig is eltarthat. A kész szilícium tuskó súlya körülbelül 100 kilogramm, és több mint 3000 ostya készíthető belőle.
Az ostyákat nagyon finom gyémánthuzal segítségével vékony szeletekre vágjuk. A szilícium vágószerszámok precizitása nagyon magas, a kezelőket folyamatosan ellenőrizni kell, különben elkezdenek hülyeségeket csinálni a hajukkal. A szilíciumlapkák gyártásának rövid bemutatása túlságosan leegyszerűsített, és nem számolja be teljes mértékben a zsenik hozzájárulását; de remélhetőleg hátteret ad a szilíciumlapka-üzletág mélyebb megértéséhez.
A szilícium lapkák keresleti és kínálati viszonya
A szilíciumlemez-piacot négy vállalat uralja. A piac hosszú ideje kényes egyensúlyban van a kereslet és a kínálat között.
A félvezető-eladások 2023-as visszaesése miatt a piac túlkínálati állapotba került, ami miatt a chipgyártók belső és külső készletei magasak. Ez azonban csak átmeneti állapot. A piac fellendülésével az iparág hamarosan visszatér a kapacitás szélére, és meg kell felelnie az AI-forradalom okozta többletigénynek. A hagyományos CPU-alapú architektúráról a gyorsított számítástechnikára való átállás az egész iparágra hatással lesz, mivel ez azonban hatással lehet a félvezetőipar alacsony értékű szegmenseire.
A Graphics Processing Unit (GPU) architektúrák több szilícium területet igényelnek
A teljesítmény iránti igény növekedésével a GPU-gyártóknak le kell küzdeniük néhány tervezési korlátot, hogy nagyobb teljesítményt érjenek el a GPU-kból. Nyilvánvaló, hogy a chip nagyobbá tétele az egyik módja a nagyobb teljesítmény elérésének, mivel az elektronok nem szeretnek nagy távolságokat megtenni a különböző chipek között, ami korlátozza a teljesítményt. Van azonban egy gyakorlati korlátja a chip megnagyobbításának, ez az úgynevezett "retina határ".
A litográfiai határérték a félvezetőgyártásban használt litográfiai gépben egyetlen lépésben megvilágítható chip maximális méretére vonatkozik. Ezt a korlátozást a litográfiai berendezés, különösen a litográfiai eljárásban használt léptető vagy szkenner maximális mágneses mező mérete határozza meg. A legújabb technológia esetében a maszk határa általában 858 négyzetmilliméter körül van. Ez a méretkorlátozás nagyon fontos, mert ez határozza meg az ostyára egyetlen expozíció során mintázható maximális területet. Ha az ostya nagyobb, mint ez a határ, többszöri expozícióra lesz szükség az ostya teljes mintázatához, ami a tömeggyártásban nem praktikus a bonyolultság és az igazítási kihívások miatt. Az új GB200 felülkerekedik ezen a korláton azáltal, hogy két részecskeméret-korlátozással rendelkező chip-hordozót egy szilícium közbenső rétegben kombinál, így egy olyan szuper-részecske-korlátozott hordozót alkot, amely kétszer akkora. További teljesítménykorlátozás a memória mennyisége és a memória távolsága (azaz a memória sávszélessége). Az új GPU-architektúrák megoldják ezt a problémát a halmozott nagy sávszélességű memória (HBM) használatával, amely ugyanarra a szilícium interposerre van telepítve, két GPU-chippel. Szilícium szempontból a HBM-mel az a probléma, hogy a nagy sávszélességhez szükséges magas párhuzamos interfész miatt minden egyes bit szilíciumterület kétszerese a hagyományos DRAM-énak. A HBM egy logikai vezérlő chipet is integrál minden verembe, növelve a szilícium területet. Egy hozzávetőleges számítás azt mutatja, hogy a 2.5D GPU architektúrában használt szilícium terület 2.5-3-szorosa a hagyományos 2.0D architektúrának. Ahogy korábban említettük, hacsak az öntödei cégek nem készülnek fel erre a változásra, a szilíciumlapka-kapacitás ismét nagyon szűkössé válhat.
A szilíciumlemez-piac jövőbeli kapacitása
A félvezetőgyártás három törvénye közül az első, hogy a legtöbb pénzt akkor kell befektetni, amikor a legkevesebb pénz áll rendelkezésre. Ennek oka az iparág ciklikussága, a félvezetőgyártó cégek pedig nehezen tudják betartani ezt a szabályt. Amint az ábrán látható, a legtöbb szilíciumlemez-gyártó felismerte ennek a változásnak a hatását, és az elmúlt néhány negyedévben majdnem megháromszorozta teljes negyedéves tőkekiadásait. A nehéz piaci körülmények ellenére ez még mindig így van. Ami még érdekesebb, hogy ez a tendencia már régóta tart. A szilíciumlemez-gyártó cégek szerencsések, vagy tudnak valamit, amit mások nem. A félvezető ellátási lánc egy időgép, amely képes megjósolni a jövőt. Lehet, hogy a jövőd valaki más múltja. Bár nem mindig kapunk választ, szinte mindig kapunk értékes kérdéseket.
Feladás időpontja: 2024. június 17