חדשות בתעשייה: GPU מניעה את הביקוש לפליקי סיליקון

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 (כמו נחושת) למבודדים (כמו זכוכית). כמות קטנה של אטומים זרים במבנה הסיליקון יכולה לשנות באופן מהותי את התנהגותה, ולכן טוהר הסיליקון בדרגה למחצה מוליכים למחצה חייב להיות גבוה להפליא. הטוהר המינימלי המקובל לסיליקון בדרגה אלקטרונית הוא 99.999999%.

המשמעות 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 מוליכים למחצה.

יצרני פליקי סיליקון ריקים חייבים להמיר סיליקון טוהר גבוה למבנים מושלמים של גבישים יחיד. זה נעשה על ידי הצגת גביש אם חד הורית לסיליקון מותך בטמפרטורה המתאימה. כאשר גבישי הבת החדשים מתחילים לצמוח סביב גביש האם, הסיליקון נוצר לאט מהסיליקון המותך. התהליך איטי ועשוי לארוך שבוע. מטיל הסיליקון המוגמר שוקל כמאה קילוגרמים ויכול להכין למעלה מ -3,000 פלים.

הוופלים נחתכים לפרוסות דקות בעזרת חוט יהלום עדין מאוד. הדיוק של כלי חיתוך הסיליקון הוא גבוה מאוד, ויש לעקוב אחר המפעילים כל הזמן, או שהם יתחילו להשתמש בכלים כדי לעשות דברים מטופשים לשיערם. ההקדמה הקצרה לייצור פליקי הסיליקון מפושטת מדי ואינה מזכה באופן מלא את תרומות הגאונים; אך יש לקוות לספק רקע להבנה עמוקה יותר של עסק רקיק הסיליקון.

יחסי ההיצע והביקוש של פליקי הסיליקון

שוק רקיק הסיליקון נשלט על ידי ארבע חברות. במשך זמן רב השוק נמצא באיזון עדין בין היצע לביקוש.
הירידה במכירות מוליכים למחצה בשנת 2023 הביאה את השוק להיות במצב של היצע יתר, מה שגורם למלאי הפנימי והחיצוני של יצרני השבבים להיות גבוהים. עם זאת, זהו רק מצב זמני. ככל שהשוק יתאושש, התעשייה תחזור בקרוב לקצה הקיבולת ועליו לעמוד בביקוש הנוסף שנגרם על ידי מהפכת ה- AI. המעבר מארכיטקטורה מסורתית מבוססת מעבד למחשוב מואץ ישפיע על התעשייה כולה, מכיוון שהדבר עשוי להשפיע על המגזרים בעלי הערך הנמוך של ענף המוליכים למחצה.

ארכיטקטורות של יחידת עיבוד גרפיקה (GPU) דורשות יותר אזור סיליקון

ככל שהביקוש לביצועים גדל, על יצרני ה- GPU להתגבר על מגבלות עיצוביות בכדי להשיג ביצועים גבוהים יותר מ- GPUs. ברור שהגדולה של השבב היא דרך אחת להשיג ביצועים גבוהים יותר, מכיוון שהאלקטרונים לא אוהבים לנסוע למרחקים ארוכים בין שבבים שונים, מה שמגביל את הביצועים. עם זאת, קיימת מגבלה מעשית להגדיל את השבב, המכונה "גבול הרשתית".

מגבלת הליטוגרפיה מתייחסת לגודל המרבי של שבב שניתן לחשוף בשלב אחד במכונת ליטוגרפיה המשמשת בייצור מוליכים למחצה. מגבלה זו נקבעת על ידי גודל השדה המגנטי המרבי של ציוד הליטוגרפיה, במיוחד צעד או סורק המשמשים בתהליך הליטוגרפיה. עבור הטכנולוגיה העדכנית ביותר, גבול המסכה הוא בדרך כלל סביב 858 מילימטרים רבועים. מגבלת גודל זו חשובה מאוד מכיוון שהיא קובעת את השטח המרבי שניתן לדפוס על הוופל בחשיפה יחידה. אם הוופל גדול יותר ממגבלה זו, יהיה צורך בחשיפות מרובות כדי לדאוג באופן מלא את הוופל, שאינו מעשי לייצור המוני בגלל אתגרי מורכבות ויישור. ה- GB200 החדש יתגבר על מגבלה זו על ידי שילוב של שני מצעי שבב עם מגבלות גודל החלקיקים לשכבה בין סיליקון, ויוצר מצע מוגבל של חלקיקי סופר-חלקיקים שהוא גדול פי שניים. מגבלות ביצועים אחרות הן כמות הזיכרון והמרחק לזיכרון ההוא (IE רוחב פס זיכרון). ארכיטקטורות GPU חדשות מתגברות על בעיה זו על ידי שימוש בזיכרון רוחב פס גבוה מוערם (HBM) המותקן באותו אינטרספר סיליקון עם שני שבבי GPU. מנקודת מבט של סיליקון, הבעיה עם HBM היא שכל פיסת שטח סיליקון היא כפול מזה של DRAM מסורתי בגלל הממשק המקביל הגבוה הנדרש לרוחב פס גבוה. HBM משלב גם שבב בקרת לוגיקה בכל ערימה, ומגדיל את שטח הסיליקון. חישוב גס מראה כי אזור הסיליקון המשמש בארכיטקטורת GPU 2.5D הוא פי 2.5 עד 3 מזה של הארכיטקטורה 2.0D המסורתית. כאמור, אלא אם כן חברות היציקה מוכנות לשינוי זה, יכולת רקיק הסיליקון עשויה להיות צמודה מאוד.

יכולת עתידית של שוק רקיק הסיליקון

הראשון מבין שלושת החוקים של ייצור מוליכים למחצה הוא שצריך להשקיע הכי הרבה כסף כאשר יש סכום הכסף הנמוך ביותר. זה נובע מהאופי המחזורי של הענף, וחברות מוליכים למחצה מתקשים בעקבות הכלל הזה. כפי שמוצג באיור, מרבית יצרני רקיקי הסיליקון הכירו בהשפעה של שינוי זה וכמעט שילשו את סך הוצאות ההון הרבעוניות שלהם ברבעים האחרונים. למרות תנאי השוק הקשים, זה עדיין המקרה. מה שמעניין עוד יותר הוא שהמגמה הזו נמשכת הרבה זמן. חברות רקיק סיליקון ברות מזל או יודעות משהו שאחרים לא. שרשרת האספקה ​​של מוליכים למחצה היא מכונת זמן שיכולה לחזות את העתיד. העתיד שלך עשוי להיות עבר של מישהו אחר. אמנם אנחנו לא תמיד מקבלים תשובות, אך כמעט תמיד אנו מקבלים שאלות כדאיות.