עמוק בתוך שרשרת האספקה, כמה קוסמים הופכים חול לדסקיות גביש סיליקון מושלמות בעלות מבנה יהלום, החיוניות לכל שרשרת האספקה של מוליכים למחצה. הם חלק משרשרת האספקה של מוליכים למחצה שמגדילה את ערכו של "חול הסיליקון" כמעט פי אלף. הזוהר הקלוש שרואים על החוף הוא סיליקון. סיליקון הוא גביש מורכב בעל שבירות ומתכת דמוית מוצקה (תכונות מתכתיות ולא מתכתיות). סיליקון נמצא בכל מקום.
סיליקון הוא החומר השני הנפוץ ביותר על פני כדור הארץ, אחרי חמצן, והחומר השביעי הנפוץ ביותר ביקום. סיליקון הוא מוליך למחצה, כלומר יש לו תכונות חשמליות בין מוליכים (כגון נחושת) לבין מבודדים (כגון זכוכית). כמות קטנה של אטומים זרים במבנה הסיליקון יכולה לשנות את התנהגותו באופן מהותי, ולכן טוהר הסיליקון בדרגת מוליך למחצה חייב להיות גבוה באופן מדהים. טוהר המינימום המקובל עבור סיליקון בדרגת אלקטרוניקה הוא 99.999999%.
משמעות הדבר היא שרק אטום אחד שאינו סיליקון מותר לכל עשרה מיליארד אטומים. מי שתייה טובים מאפשרים 40 מיליון מולקולות שאינן מים, שהם פי 50 מיליון פחות טהורים מסיליקון בדרגת מוליכים למחצה.
יצרני פרוסות סיליקון ריקות חייבים להמיר סיליקון בעל טוהר גבוה למבנים מושלמים של גביש יחיד. זה נעשה על ידי החדרת גביש אם יחיד לתוך סיליקון מותך בטמפרטורה המתאימה. כאשר גבישי בת חדשים מתחילים לצמוח סביב גביש האם, מטיל הסיליקון נוצר באיטיות מהסיליקון המותך. התהליך איטי ועשוי להימשך שבוע. מטיל הסיליקון המוגמר שוקל כ-100 קילוגרמים ויכול להכין מעל 3,000 פרוסות סיליקון.
הוופלים נחתכים לפרוסות דקות באמצעות חוט יהלום דק מאוד. הדיוק של כלי החיתוך מסיליקון גבוה מאוד, ויש לפקח כל הזמן על המפעילים, אחרת הם יתחילו להשתמש בכלים כדי לעשות דברים טיפשיים לשיער שלהם. ההקדמה הקצרה לייצור פרוסות סיליקון פשטנית מדי ואינה נותנת קרדיט מלא לתרומתם של הגאונים; אך יש לקוות שהיא תספק רקע להבנה מעמיקה יותר של עסקי פרוסות הסיליקון.
יחסי ההיצע והביקוש של פרוסות סיליקון
שוק פרוסות הסיליקון נשלט על ידי ארבע חברות. במשך זמן רב, השוק נמצא באיזון עדין בין היצע לביקוש.
הירידה במכירות המוליכים למחצה בשנת 2023 הובילה את השוק למצב של עודף היצע, מה שגרם למלאי פנימי וחיצוני גבוה של יצרני השבבים. עם זאת, זהו מצב זמני בלבד. ככל שהשוק יתאושש, התעשייה תחזור בקרוב לקצה הקיבולת ותצטרך לעמוד בביקוש הנוסף שנגרם כתוצאה מהפכת הבינה המלאכותית. המעבר מארכיטקטורה מסורתית מבוססת מעבד לחישוב מואץ ישפיע על התעשייה כולה, שכן ייתכן שיהיה לכך השפעה על הפלחים בעלי הערך הנמוך של תעשיית המוליכים למחצה.
ארכיטקטורות של יחידות עיבוד גרפיות (GPU) דורשות שטח סיליקון גדול יותר
ככל שהביקוש לביצועים עולה, יצרני כרטיסי מסך חייבים להתגבר על כמה מגבלות עיצוב כדי להשיג ביצועים גבוהים יותר מכרטיסי מסך. ברור, הגדלת השבב היא דרך אחת להשיג ביצועים גבוהים יותר, מכיוון שאלקטרונים לא אוהבים לנוע מרחקים ארוכים בין שבבים שונים, מה שמגביל את הביצועים. עם זאת, קיימת מגבלה מעשית להגדלת השבב, המכונה "גבול הרשתית".
מגבלת הליתוגרפיה מתייחסת לגודל המקסימלי של שבב שניתן לחשוף בשלב אחד במכונת ליתוגרפיה המשמשת בייצור מוליכים למחצה. מגבלה זו נקבעת על ידי גודל השדה המגנטי המקסימלי של ציוד הליתוגרפיה, ובמיוחד הסורק או הסטפר המשמשים בתהליך הליתוגרפיה. עבור הטכנולוגיה העדכנית ביותר, מגבלת המסכה היא בדרך כלל סביב 858 מילימטרים רבועים. מגבלת גודל זו חשובה מאוד משום שהיא קובעת את השטח המקסימלי שניתן לעצב על הוופל בחשיפה אחת. אם הוופל גדול ממגבלה זו, יידרשו חשיפות מרובות כדי לעצב את הוופל במלואו, דבר שאינו מעשי לייצור המוני עקב מורכבות ואתגרי יישור. ה-GB200 החדש יתגבר על מגבלה זו על ידי שילוב שני מצעי שבב עם מגבלות גודל חלקיקים לשכבת ביניים מסיליקון, ויוצר מצע בעל מגבלת חלקיקים-על גדולה פי שניים. מגבלות ביצועים נוספות הן כמות הזיכרון והמרחק לזיכרון זה (כלומר רוחב פס זיכרון). ארכיטקטורות GPU חדשות מתגברות על בעיה זו באמצעות זיכרון מוערם בעל רוחב פס גבוה (HBM) המותקן על אותו חוצה סיליקון עם שני שבבי GPU. מנקודת מבט של סיליקון, הבעיה עם HBM היא שכל ביט של סיליקון גדול פי שניים משטח ה-DRAM המסורתי עקב הממשק המקביל הגבוה הנדרש לרוחב פס גבוה. HBM גם משלב שבב בקרה לוגית בכל מחסנית, מה שמגדיל את שטח הסיליקון. חישוב גס מראה ששטח הסיליקון המשמש בארכיטקטורת GPU 2.5D גדול פי 2.5 עד 3 משטח הסיליקון בארכיטקטורת 2.0D המסורתית. כפי שצוין קודם לכן, אלא אם כן חברות יציקה יהיו מוכנות לשינוי זה, קיבולת פרוסות הסיליקון עשויה להיות שוב צפופה מאוד.
קיבולת עתידית של שוק פרוסות הסיליקון
החוק הראשון מבין שלושת החוקים של ייצור מוליכים למחצה הוא שיש להשקיע את מירב הכסף כאשר סכום הכסף הנמוך ביותר זמין. זאת בשל אופייה המחזורי של התעשייה, וחברות מוליכים למחצה מתקשות לפעול לפי כלל זה. כפי שמוצג באיור, רוב יצרני פרוסות הסיליקון זיהו את השפעת השינוי הזה וכמעט שילשו את סך הוצאות ההון הרבעוניות שלהם ברבעונים האחרונים. למרות תנאי השוק הקשים, זה עדיין המצב. מה שמעניין עוד יותר הוא שמגמה זו נמשכת כבר זמן רב. חברות פרוסות סיליקון בנות מזל או יודעות משהו שאחרות לא. שרשרת האספקה של מוליכים למחצה היא מכונת זמן שיכולה לחזות את העתיד. העתיד שלך עשוי להיות עברו של מישהו אחר. אמנם לא תמיד אנחנו מקבלים תשובות, אך כמעט תמיד אנחנו מקבלים שאלות ראויות לציון.
זמן פרסום: 17 ביוני 2024