Արդյունաբերական նորություններ. GPU-ն մեծացնում է սիլիկոնային թիթեղների պահանջարկը

Սիլիցիումը Երկրի վրա երկրորդ ամենատարածված նյութն է՝ թթվածնից հետո, և տիեզերքում յոթերորդ ամենատարածված նյութը։ Սիլիցիումը կիսահաղորդիչ է, ինչը նշանակում է, որ այն ունի էլեկտրական հատկություններ հաղորդիչների (օրինակ՝ պղնձի) և մեկուսիչների (օրինակ՝ ապակու) միջև։ Սիլիցիումի կառուցվածքում օտար ատոմների փոքր քանակը կարող է հիմնարար կերպով փոխել դրա վարքագիծը, ուստի կիսահաղորդչային կարգի սիլիցիումի մաքրությունը պետք է զարմանալիորեն բարձր լինի։ Էլեկտրոնային կարգի սիլիցիումի համար ընդունելի նվազագույն մաքրությունը 99.999999% է։

Սա նշանակում է, որ յուրաքանչյուր տասը միլիարդ ատոմի համար թույլատրվում է միայն մեկ ոչ սիլիցիումային ատոմ։ Լավ խմելու ջուրը թույլ է տալիս 40 միլիոն ոչ ջրային մոլեկուլ, որը 50 միլիոն անգամ պակաս մաքուր է, քան կիսահաղորդչային կարգի սիլիցիումը։

Դատարկ սիլիցիումային թիթեղների արտադրողները պետք է բարձր մաքրության սիլիցիումը վերածեն կատարյալ միաբյուրեղային կառուցվածքների: Դա արվում է մեկ մայր բյուրեղը հալված սիլիցիումի մեջ համապատասխան ջերմաստիճանում ներմուծելով: Քանի որ նոր դուստր բյուրեղները սկսում են աճել մայր բյուրեղի շուրջ, սիլիցիումային ձուլակտորը դանդաղորեն ձևավորվում է հալված սիլիցիումից: Գործընթացը դանդաղ է և կարող է տևել մեկ շաբաթ: Պատրաստի սիլիցիումային ձուլակտորը կշռում է մոտ 100 կիլոգրամ և կարող է պատրաստել ավելի քան 3000 թիթեղ:

Վաֆլիները կտրվում են բարակ շերտերով՝ օգտագործելով շատ նուրբ ադամանդե մետաղալար: Սիլիկոնային կտրող գործիքների ճշգրտությունը շատ բարձր է, և օպերատորները պետք է անընդհատ հսկվեն, հակառակ դեպքում նրանք կսկսեն օգտագործել գործիքները՝ իրենց մազերի հետ հիմար բաներ անելու համար: Սիլիկոնային վաֆլիների արտադրության համառոտ ներածությունը չափազանց պարզեցված է և լիովին չի գնահատում հանճարների ներդրումը, սակայն հույս կա, որ այն հիմք կհանդիսանա սիլիկոնային վաֆլիների բիզնեսի ավելի խորը ըմբռնման համար:

Սիլիկոնային վաֆլիների առաջարկի և պահանջարկի փոխհարաբերությունները

Սիլիկոնային վեֆերի շուկայում գերիշխում են չորս ընկերություններ։ Երկար ժամանակ շուկան գտնվում էր առաջարկի և պահանջարկի միջև նուրբ հավասարակշռության մեջ։
2023 թվականին կիսահաղորդիչների վաճառքի անկումը շուկան հանգեցրել է գերմատակարարման վիճակի, որի հետևանքով չիպերի արտադրողների ներքին և արտաքին պաշարները բարձր են եղել։ Սակայն սա միայն ժամանակավոր իրավիճակ է։ Շուկայի վերականգնմանը զուգընթաց ոլորտը շուտով կվերադառնա հզորությունների սահմանին և պետք է բավարարի արհեստական ​​բանականության հեղափոխության հետևանքով առաջացած լրացուցիչ պահանջարկը։ Ավանդական պրոցեսորային ճարտարապետությունից արագացված հաշվարկների անցումը ազդեցություն կունենա ամբողջ ոլորտի վրա, քանի որ, սակայն, սա կարող է ազդեցություն ունենալ կիսահաղորդչային արդյունաբերության ցածր արժեք ունեցող հատվածների վրա։

Գրաֆիկական մշակման միավորի (GPU) ճարտարապետությունները պահանջում են ավելի շատ սիլիկոնային տարածք

Քանի որ արտադրողականության պահանջարկը մեծանում է, գրաֆիկական պրոցեսորների արտադրողները պետք է հաղթահարեն որոշ նախագծային սահմանափակումներ՝ գրաֆիկական պրոցեսորներից ավելի բարձր արտադրողականություն ստանալու համար: Ակնհայտ է, որ չիպի մեծացումը ավելի բարձր արտադրողականություն ստանալու միջոցներից մեկն է, քանի որ էլեկտրոնները չեն սիրում մեծ հեռավորություններ անցնել տարբեր չիպերի միջև, ինչը սահմանափակում է արտադրողականությունը: Այնուամենայնիվ, չիպի մեծացումը գործնական սահմանափակում ունի, որը հայտնի է որպես «ցանցաթաղանթի սահման»:

Լիտոգրաֆիայի սահմանը վերաբերում է չիպի առավելագույն չափին, որը կարող է մեկ քայլով ցուցադրվել կիսահաղորդչային արտադրության մեջ օգտագործվող լիտոգրաֆիկ մեքենայում: Այս սահմանափակումը որոշվում է լիտոգրաֆիկ սարքավորումների, մասնավորապես լիտոգրաֆիկ գործընթացում օգտագործվող քայլիչի կամ սկաների առավելագույն մագնիսական դաշտի չափսերով: Ամենաժամանակակից տեխնոլոգիաների համար դիմակի սահմանը սովորաբար մոտ 858 քառակուսի միլիմետր է: Այս չափի սահմանափակումը շատ կարևոր է, քանի որ այն որոշում է մեկ էքսպոզիցիայի միջոցով վաֆլիի վրա նախշավորելու առավելագույն տարածքը: Եթե վաֆլին ավելի մեծ է, քան այս սահմանը, վաֆլիի լիարժեք նախշավորելու համար անհրաժեշտ կլինեն բազմակի էքսպոզիցիաներ, ինչը անիրագործելի է զանգվածային արտադրության համար՝ բարդության և դասավորության խնդիրների պատճառով: Նոր GB200-ը կհաղթահարի այս սահմանափակումը՝ մասնիկների չափի սահմանափակումներով երկու չիպային հիմքերը միավորելով սիլիցիումային միջանկյալ շերտի մեջ՝ ձևավորելով գերմասնիկային սահմանափակված հիմք, որը կրկնակի մեծ է: Արդյունավետության այլ սահմանափակումներ են հիշողության քանակը և այդ հիշողության հեռավորությունը (այսինքն՝ հիշողության թողունակությունը): Նոր GPU ճարտարապետությունները հաղթահարում են այս խնդիրը՝ օգտագործելով կուտակված բարձր թողունակությամբ հիշողություն (HBM), որը տեղադրված է նույն սիլիցիումային միջանկյալի վրա՝ երկու GPU չիպերի հետ: Սիլիկոնային տեսանկյունից, HBM-ի խնդիրն այն է, որ սիլիկոնային յուրաքանչյուր բիթ մակերեսը կրկնակի մեծ է ավանդական DRAM-ից՝ բարձր թողունակության համար անհրաժեշտ բարձր զուգահեռ ինտերֆեյսի պատճառով: HBM-ը նաև յուրաքանչյուր փաթեթի մեջ ինտեգրում է տրամաբանական կառավարման չիպ՝ մեծացնելով սիլիկոնային մակերեսը: Մոտավոր հաշվարկը ցույց է տալիս, որ 2.5D GPU ճարտարապետությունում օգտագործվող սիլիկոնային մակերեսը 2.5-ից 3 անգամ մեծ է ավանդական 2.0D ճարտարապետությունից: Ինչպես նշվեց ավելի վաղ, եթե ձուլարանային ընկերությունները պատրաստ չլինեն այս փոփոխությանը, սիլիկոնային վաֆլիի տարողունակությունը կարող է կրկին շատ սահմանափակ դառնալ:

Սիլիկոնային վաֆլի շուկայի ապագա հզորությունը

Կիսահաղորդչային արտադրության երեք օրենքներից առաջինն այն է, որ ամենաշատ գումարը պետք է ներդրվի, երբ առկա է ամենաքիչ գումարը։ Սա պայմանավորված է արդյունաբերության ցիկլիկ բնույթով, և կիսահաղորդչային ընկերությունները դժվարանում են հետևել այս կանոնին։ Ինչպես երևում է նկարում, սիլիցիումային վաֆլի արտադրողների մեծ մասը ճանաչել է այս փոփոխության ազդեցությունը և վերջին մի քանի եռամսյակներում գրեթե եռապատկել է իրենց ընդհանուր եռամսյակային կապիտալ ծախսերը։ Չնայած շուկայական դժվար պայմաններին, դա դեռևս այդպես է։ Ավելի հետաքրքիր է, որ այս միտումը տևում է երկար ժամանակ։ Սիլիցիումային վաֆլի արտադրող ընկերությունները բախտավոր են կամ գիտեն ինչ-որ բան, որը մյուսները չգիտեն։ Կիսահաղորդչային մատակարարման շղթան ժամանակի մեքենա է, որը կարող է կանխատեսել ապագան։ Ձեր ապագան կարող է լինել ուրիշի անցյալը։ Չնայած մենք միշտ չէ, որ պատասխաններ ենք ստանում, մենք գրեթե միշտ ստանում ենք արժեքավոր հարցեր։