חדשות התעשייה: GPU מגביר את הביקוש לפרוסות סיליקון

הסיליקון הוא החומר השני בשכיחותו בכדור הארץ, אחרי חמצן, והחומר השביעי בשכיחותו 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 מהותית את התנהגותו, כך שהטוהר של סיליקון בדרגת מוליכים למחצה חייב להיות גבוה להפליא.הטוהר המינימלי המקובל עבור סיליקון בדרגה אלקטרונית הוא 99.999999%.

המשמעות היא שמותר רק אטום אחד שאינו סיליקון 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 ריקים חייבים להמיר סיליקון בטוהר גבוה למבנים חד-גבישיים מושלמים.זה נעשה על ידי החדרת גביש אם חד לסיליקון מותך בטמפרטורה המתאימה.כאשר גבישי בת חדשים מתחילים לצמוח סביב גביש האם, מטיל הסיליקון נוצר לאט מהסיליקון המותך.התהליך איטי ועשוי להימשך שבוע.מטיל הסיליקון המוגמר שוקל כ-100 ק"ג ויכול לייצר למעלה מ-3,000 פרוסות.

את הפרוסות חותכים לפרוסות דקות בעזרת חוט יהלום עדין מאוד.הדיוק של כלי חיתוך הסיליקון גבוה מאוד, ויש לפקח על המפעילים כל הזמן, אחרת הם יתחילו להשתמש בכלים כדי לעשות דברים מטופשים בשיער שלהם.ההקדמה הקצרה לייצור פרוסות סיליקון פשוטה מדי ואינה זוקפת במלואה את תרומתם של הגאונים;אך אנו מקווים לספק רקע להבנה מעמיקה יותר של עסקי פרוסות הסיליקון.

יחסי ההיצע והביקוש של פרוסות סיליקון

שוק פרוסות הסיליקון נשלט על ידי ארבע חברות.מזה זמן רב השוק נמצא באיזון עדין בין היצע וביקוש.
הירידה במכירות המוליכים למחצה ב-2023 הביאה את השוק להיות במצב של עודף היצע, מה שגרם למלאי הפנימי והחיצוני של יצרני השבבים להיות גבוהים.עם זאת, מדובר במצב זמני בלבד.ככל שהשוק יתאושש, התעשייה תחזור בקרוב לקצה הקיבולת ועליה לעמוד בביקוש הנוסף שהביאה מהפכת הבינה המלאכותית.למעבר מארכיטקטורה מסורתית מבוססת CPU למחשוב מואץ תהיה השפעה על התעשייה כולה, שכן עם זאת, עשויה להיות לכך השפעה על הפלחים בעלי הערך הנמוך של תעשיית המוליכים למחצה.

ארכיטקטורות של יחידות עיבוד גרפי (GPU) דורשות יותר שטח סיליקון

ככל שהביקוש לביצועים עולה, יצרני GPU חייבים להתגבר על כמה מגבלות עיצוביות כדי להשיג ביצועים גבוהים יותר ממעבדי GPU.ברור שהפיכת השבב לגדול יותר היא אחת הדרכים להשיג ביצועים גבוהים יותר, שכן אלקטרונים לא אוהבים לעבור מרחקים ארוכים בין שבבים שונים, מה שמגביל את הביצועים.עם זאת, ישנה מגבלה מעשית להגדלת השבב, המכונה "גבול הרשתית".

מגבלת הליטוגרפיה מתייחסת לגודל המרבי של שבב שניתן לחשוף בצעד בודד במכונת ליטוגרפיה המשמשת בייצור מוליכים למחצה.מגבלה זו נקבעת על ידי גודל השדה המגנטי המרבי של ציוד הליתוגרפיה, במיוחד הסטפר או הסורק המשמשים בתהליך הליטוגרפיה.עבור הטכנולוגיה העדכנית ביותר, מגבלת המסכה היא בדרך כלל סביב 858 מילימטרים רבועים.מגבלת גודל זו חשובה מאוד מכיוון שהיא קובעת את השטח המקסימלי שניתן לעצב על הוואפר בחשיפה אחת.אם הפרוסה גדולה מהמגבלה הזו, יידרשו חשיפות מרובות כדי לעצב את הפרוסה במלואה, דבר שאינו מעשי לייצור המוני עקב אתגרי מורכבות ויישור.ה-GB200 החדש יתגבר על מגבלה זו על ידי שילוב של שני מצעי שבבים עם מגבלות בגודל החלקיקים לשכבת ביניים סיליקון, וייצור מצע מוגבל-על-חלקיקים גדול פי שניים.מגבלות ביצועים אחרות הן כמות הזיכרון והמרחק לאותו זיכרון (כלומר רוחב פס הזיכרון).ארכיטקטורות GPU חדשות מתגברות על בעיה זו על ידי שימוש בזיכרון מוערם ברוחב פס גבוה (HBM) המותקן על אותו מתקן סיליקון עם שני שבבי GPU.מנקודת מבט של סיליקון, הבעיה עם HBM היא שכל פיסת שטח סיליקון היא פי שניים מזו של DRAM מסורתי בשל הממשק המקביל הגבוה הנדרש לרוחב פס גבוה.HBM גם משלבת שבב בקרה לוגית בכל מחסנית, ומגדילה את שטח הסיליקון.חישוב גס מראה ששטח הסיליקון המשמש בארכיטקטורת 2.5D GPU הוא פי 2.5 עד 3 מארכיטקטורת ה-2.0D המסורתית.כפי שצוין קודם לכן, אלא אם כן חברות היציקה מוכנות לשינוי הזה, קיבולת פרוסות הסיליקון עלולה להיות דקה מאוד שוב.

קיבולת עתידית של שוק פרוסות הסיליקון

הראשון מבין שלושת החוקים של ייצור מוליכים למחצה הוא שצריך להשקיע את מירב הכסף כאשר כמות הכסף הפחותה זמינה.זה נובע מהאופי המחזורי של הענף, וחברות מוליכים למחצה מתקשות לעקוב אחר כלל זה.כפי שמוצג באיור, רוב יצרני פרוסות הסיליקון זיהו את ההשפעה של שינוי זה וכמעט שילשו את סך הוצאות ההון הרבעוניות שלהם ברבעונים האחרונים.למרות תנאי השוק הקשים, זה עדיין המצב.מה שעוד יותר מעניין הוא שהטרנד הזה נמשך כבר הרבה זמן.לחברות פרוסות סיליקון יש מזל או יודעות משהו שאחרות לא יודעות.שרשרת האספקה ​​של המוליכים למחצה היא מכונת זמן שיכולה לחזות את העתיד.העתיד שלך עשוי להיות עבר של מישהו אחר.אמנם לא תמיד אנחנו מקבלים תשובות, אבל כמעט תמיד אנחנו מקבלים שאלות שוות.