Արդյունաբերության նորություններ. GPU-ն մեծացնում է սիլիկոնային վաֆլիների պահանջարկը

Սիլիկոնը երկրորդ ամենատարածված նյութն է Երկրի վրա՝ թթվածնից հետո, և յոթերորդը՝ տիեզերքում: Սիլիկոնը կիսահաղորդիչ է, այսինքն՝ այն ունի էլեկտրական հատկություններ հաղորդիչների (օրինակ՝ պղնձի) և մեկուսիչների (օրինակ՝ ապակիների) միջև։ Սիլիցիումի կառուցվածքում փոքր քանակությամբ օտար ատոմները կարող են հիմնովին փոխել նրա վարքը, ուստի կիսահաղորդչային կարգի սիլիցիումի մաքրությունը պետք է զարմանալիորեն բարձր լինի: Էլեկտրոնային կարգի սիլիցիումի ընդունելի նվազագույն մաքրությունը 99,999999% է:

Սա նշանակում է, որ յուրաքանչյուր տասը միլիարդ ատոմի համար թույլատրվում է միայն մեկ ոչ սիլիցիումի ատոմ: Լավ խմելու ջուրը թույլ է տալիս 40 միլիոն ոչ ջրային մոլեկուլներ, ինչը 50 միլիոն անգամ պակաս մաքուր է, քան կիսահաղորդչային կարգի սիլիցիումը:

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

Վաֆլիները կտրվում են բարակ շերտերով, օգտագործելով շատ նուրբ ադամանդե մետաղալար: Սիլիցիումի կտրող գործիքների ճշգրտությունը շատ բարձր է, և օպերատորները պետք է մշտապես մոնիտորինգի ենթարկվեն, այլապես նրանք կսկսեն օգտագործել գործիքները՝ իրենց մազերին հիմար բաներ անելու համար: Սիլիկոնային վաֆլիների արտադրության համառոտ ներածությունը չափազանց պարզեցված է և ամբողջությամբ չի վերագրում հանճարների ներդրումը. բայց հույս կա, որ դա հիմք կստեղծի սիլիկոնային վաֆլի բիզնեսի ավելի խորը ըմբռնման համար:

Սիլիկոնային վաֆլիների առաջարկի և պահանջարկի հարաբերությունները

Սիլիկոնային վաֆլի շուկայում գերակշռում են չորս ընկերություններ. Երկար ժամանակ շուկան գտնվում է առաջարկի և պահանջարկի միջև նուրբ հավասարակշռության մեջ։
2023 թվականին կիսահաղորդիչների վաճառքի անկումը հանգեցրել է շուկայի ավելցուկային վիճակի, ինչի հետևանքով չիպեր արտադրողների ներքին և արտաքին պաշարները մեծ են: Սակայն սա միայն ժամանակավոր իրավիճակ է։ Քանի որ շուկան վերականգնվում է, արդյունաբերությունը շուտով կվերադառնա հզորության եզրին և պետք է բավարարի AI հեղափոխության արդյունքում առաջացած լրացուցիչ պահանջարկը: Ավանդական պրոցեսորների վրա հիմնված ճարտարապետությունից արագացված հաշվարկների անցումը ազդեցություն կունենա ամբողջ արդյունաբերության վրա, քանի որ, այնուամենայնիվ, դա կարող է ազդեցություն ունենալ կիսահաղորդչային արդյունաբերության ցածրարժեք հատվածների վրա:

Գրաֆիկայի մշակման միավորի (GPU) ճարտարապետությունը պահանջում է ավելի շատ սիլիկոնային տարածք

Քանի որ կատարողականի պահանջարկը մեծանում է, GPU արտադրողները պետք է հաղթահարեն դիզայնի որոշ սահմանափակումներ՝ GPU-ներից ավելի բարձր կատարողականության հասնելու համար: Ակնհայտ է, որ չիպն ավելի մեծացնելը ավելի բարձր արդյունավետության հասնելու ճանապարհներից մեկն է, քանի որ էլեկտրոնները չեն սիրում երկար տարածություններ անցնել տարբեր չիպերի միջև, ինչը սահմանափակում է կատարումը: Այնուամենայնիվ, կա չիպն ավելի մեծ դարձնելու գործնական սահմանափակում, որը հայտնի է որպես «ցանցաթաղանթի սահման»:

Լիտոգրաֆիայի սահմանաչափը վերաբերում է չիպի առավելագույն չափին, որը կարող է մեկ քայլով բացահայտվել կիսահաղորդիչների արտադրության մեջ օգտագործվող լիտոգրաֆիայի մեքենայի մեջ: Այս սահմանափակումը որոշվում է լիտոգրաֆիայի սարքավորման առավելագույն մագնիսական դաշտի չափով, հատկապես վիմագրության գործընթացում օգտագործվող ստեպպերի կամ սկաների միջոցով: Վերջին տեխնոլոգիայի համար դիմակի սահմանաչափը սովորաբար կազմում է մոտ 858 քառակուսի միլիմետր: Չափի այս սահմանափակումը շատ կարևոր է, քանի որ այն որոշում է առավելագույն տարածքը, որը կարելի է ձևավորել վաֆլի վրա մեկ բացահայտման դեպքում: Եթե ​​վաֆլի չափը գերազանցում է այս սահմանը, ապա մի քանի բացահայտումներ կպահանջվեն վաֆլի ամբողջական ձևավորման համար, ինչը անիրագործելի է զանգվածային արտադրության համար՝ բարդության և հավասարեցման մարտահրավերների պատճառով: Նոր GB200-ը կհաղթահարի այս սահմանափակումը՝ միավորելով երկու չիպային ենթաշերտեր մասնիկների չափի սահմանափակումներով սիլիկոնային միջաշերտի մեջ՝ ձևավորելով գերմասնիկներով սահմանափակվող ենթաշերտ, որը երկու անգամ ավելի մեծ է: Կատարման այլ սահմանափակումներ են հիշողության ծավալը և այդ հիշողության հեռավորությունը (այսինքն՝ հիշողության թողունակությունը): Նոր GPU ճարտարապետությունները հաղթահարում են այս խնդիրը՝ օգտագործելով կուտակված բարձր թողունակությամբ հիշողություն (HBM), որը տեղադրված է նույն սիլիկոնային միջակայքում երկու GPU չիպերով: Սիլիկոնային տեսանկյունից, HBM-ի խնդիրն այն է, որ սիլիկոնային տարածքի յուրաքանչյուր բիթ երկու անգամ գերազանցում է ավանդական DRAM-ին, բարձր թողունակության համար անհրաժեշտ բարձր զուգահեռ ինտերֆեյսի պատճառով: HBM-ը նաև ինտեգրում է տրամաբանական կառավարման չիպը յուրաքանչյուր կույտի մեջ՝ մեծացնելով սիլիցիումի տարածքը: Կոպիտ հաշվարկը ցույց է տալիս, որ 2.5D GPU ճարտարապետության մեջ օգտագործվող սիլիկոնային տարածքը 2.5-ից 3 անգամ գերազանցում է ավանդական 2.0D ճարտարապետությանը: Ինչպես նշվեց ավելի վաղ, եթե ձուլող ընկերությունները պատրաստ չլինեն այս փոփոխությանը, սիլիկոնային վաֆլի թողունակությունը կարող է նորից շատ նեղանալ:

Սիլիկոնային վաֆլի շուկայի ապագա հզորությունը

Կիսահաղորդիչների արտադրության երեք օրենքներից առաջինն այն է, որ ամենաշատ գումարը պետք է ներդրվի, երբ առկա է նվազագույն գումար: Դա պայմանավորված է ոլորտի ցիկլային բնույթով, և կիսահաղորդչային ընկերությունները դժվարությամբ են հետևում այս կանոնին: Ինչպես ցույց է տրված նկարում, սիլիկոնային վաֆլի արտադրողների մեծամասնությունը գիտակցել է այս փոփոխության ազդեցությունը և վերջին մի քանի եռամսյակների ընթացքում գրեթե եռապատկել է իրենց ընդհանուր եռամսյակային կապիտալ ծախսերը: Չնայած շուկայական բարդ պայմաններին, դա դեռ այդպես է։ Առավել հետաքրքիրն այն է, որ այս միտումը վաղուց է շարունակվում։ Սիլիկոնային վաֆլի ընկերությունները բախտավոր են կամ գիտեն մի բան, որը մյուսները չգիտեն: Կիսահաղորդիչների մատակարարման շղթան ժամանակի մեքենա է, որը կարող է կանխատեսել ապագան: Ձեր ապագան կարող է լինել ուրիշի անցյալը: Թեև մենք միշտ չէ, որ պատասխաններ ենք ստանում, մենք գրեթե միշտ ստանում ենք արժեքավոր հարցեր: