Nel profondo della catena di approvvigionamento, alcuni maghi trasformano la sabbia in perfetti dischi di cristallo di silicio con struttura diamantata, essenziali per l'intera catena di approvvigionamento dei semiconduttori.Fanno parte della catena di fornitura dei semiconduttori che aumenta di quasi mille volte il valore della "sabbia silicea".Il debole chiarore che vedi sulla spiaggia è silicio.Il silicio è un cristallo complesso con fragilità e metallo solido (proprietà metalliche e non metalliche).Il silicio è ovunque.
Il silicio è il secondo materiale più comune sulla Terra, dopo l'ossigeno, e il settimo materiale più comune nell'universo.Il silicio è un semiconduttore, il che significa che ha proprietà elettriche tra conduttori (come il rame) e isolanti (come il vetro).Una piccola quantità di atomi estranei nella struttura del silicio può modificarne radicalmente il comportamento, quindi la purezza del silicio semiconduttore deve essere sorprendentemente elevata.La purezza minima accettabile per il silicio di grado elettronico è 99,999999%.
Ciò significa che è consentito un solo atomo non di silicio ogni dieci miliardi di atomi.La buona acqua potabile contiene 40 milioni di molecole non acqua, ovvero 50 milioni di volte meno pure del silicio per semiconduttori.
I produttori di wafer di silicio vergini devono convertire il silicio di elevata purezza in perfette strutture monocristalline.Questo viene fatto introducendo un singolo cristallo madre nel silicio fuso alla temperatura appropriata.Quando nuovi cristalli figli iniziano a crescere attorno al cristallo madre, il lingotto di silicio si forma lentamente dal silicio fuso.Il processo è lento e potrebbe richiedere una settimana.Il lingotto di silicio finito pesa circa 100 chilogrammi e può produrre oltre 3.000 wafer.
Le cialde vengono tagliate a fette sottili utilizzando un filo diamantato molto sottile.La precisione degli strumenti da taglio in silicone è molto elevata e gli operatori devono essere costantemente monitorati, altrimenti inizieranno a utilizzare gli strumenti per fare cose stupide ai propri capelli.La breve introduzione alla produzione dei wafer di silicio è troppo semplificata e non riconosce pienamente il contributo dei geni;ma si spera che fornisca le basi per una comprensione più approfondita del business dei wafer di silicio.
Il rapporto tra domanda e offerta di wafer di silicio
Il mercato dei wafer di silicio è dominato da quattro società.Per molto tempo il mercato si è trovato in un delicato equilibrio tra domanda e offerta.
Il calo delle vendite di semiconduttori nel 2023 ha portato il mercato a uno stato di eccesso di offerta, causando un aumento delle scorte interne ed esterne dei produttori di chip.Tuttavia, questa è solo una situazione temporanea.Con la ripresa del mercato, l’industria tornerà presto al limite della capacità e dovrà soddisfare la domanda aggiuntiva determinata dalla rivoluzione dell’intelligenza artificiale.La transizione dall'architettura tradizionale basata su CPU al calcolo accelerato avrà un impatto sull'intero settore, poiché ciò potrebbe avere un impatto sui segmenti di basso valore dell'industria dei semiconduttori.
Le architetture delle unità di elaborazione grafica (GPU) richiedono più area di silicio
Con l'aumento della domanda di prestazioni, i produttori di GPU devono superare alcune limitazioni di progettazione per ottenere prestazioni più elevate dalle GPU.Ovviamente, ingrandire il chip è un modo per ottenere prestazioni più elevate, poiché agli elettroni non piace percorrere lunghe distanze tra chip diversi, il che limita le prestazioni.Tuttavia, esiste un limite pratico alla realizzazione del chip più grande, noto come "limite della retina".
Il limite di litografia si riferisce alla dimensione massima di un chip che può essere esposto in un unico passaggio in una macchina di litografia utilizzata nella produzione di semiconduttori.Questa limitazione è determinata dalla dimensione massima del campo magnetico dell'apparecchiatura di litografia, in particolare dallo stepper o dallo scanner utilizzato nel processo di litografia.Per la tecnologia più recente, il limite della maschera è solitamente di circa 858 millimetri quadrati.Questa limitazione dimensionale è molto importante perché determina l'area massima che può essere modellata sul wafer in una singola esposizione.Se il wafer è più grande di questo limite, saranno necessarie più esposizioni per modellare completamente il wafer, il che è poco pratico per la produzione di massa a causa della complessità e delle sfide di allineamento.Il nuovo GB200 supererà questa limitazione combinando due substrati di chip con limitazioni di dimensione delle particelle in un interstrato di silicio, formando un substrato limitato da super-particelle che è due volte più grande.Altre limitazioni delle prestazioni sono la quantità di memoria e la distanza da tale memoria (ovvero la larghezza di banda della memoria).Le nuove architetture GPU superano questo problema utilizzando la memoria stacked a larghezza di banda elevata (HBM) installata sullo stesso interpositore di silicio con due chip GPU.Dal punto di vista del silicio, il problema con la HBM è che ogni bit dell'area del silicio è il doppio di quella della DRAM tradizionale a causa dell'interfaccia ad alto parallelo richiesta per un'elevata larghezza di banda.La HBM integra inoltre un chip di controllo logico in ogni stack, aumentando l'area del silicio.Un calcolo approssimativo mostra che l'area di silicio utilizzata nell'architettura GPU 2.5D è da 2,5 a 3 volte quella della tradizionale architettura 2.0D.Come accennato in precedenza, a meno che le società di fonderia non siano preparate a questo cambiamento, la capacità dei wafer di silicio potrebbe diventare nuovamente molto ridotta.
Capacità futura del mercato dei wafer di silicio
La prima delle tre leggi della produzione di semiconduttori è che è necessario investire la maggior parte del denaro quando è disponibile la minima quantità di denaro.Ciò è dovuto alla natura ciclica del settore e le aziende di semiconduttori hanno difficoltà a seguire questa regola.Come mostrato nella figura, la maggior parte dei produttori di wafer di silicio ha riconosciuto l’impatto di questo cambiamento e ha quasi triplicato le proprie spese in conto capitale trimestrali totali negli ultimi trimestri.Nonostante le difficili condizioni del mercato, è ancora così.Ciò che è ancora più interessante è che questa tendenza va avanti da molto tempo.Le aziende produttrici di wafer di silicio sono fortunate o sanno qualcosa che gli altri non sanno.La catena di fornitura dei semiconduttori è una macchina del tempo in grado di prevedere il futuro.Il tuo futuro potrebbe essere il passato di qualcun altro.Anche se non sempre riceviamo risposte, quasi sempre riceviamo domande utili.
Orario di pubblicazione: 17 giugno 2024