Nel profondo della catena di approvvigionamento, alcuni maghi trasformano la sabbia in perfetti dischi di cristalli di silicio strutturati a diamante, che sono essenziali per l'intera catena di approvvigionamento dei semiconduttori. Fanno parte della catena di approvvigionamento a semiconduttore che aumenta il valore della "sabbia di silicio" di quasi mille volte. Il debole bagliore che vedi sulla spiaggia è il 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 gli isolanti (come il vetro). Una piccola quantità di atomi stranieri nella struttura del silicio può fondamentalmente cambiare il suo comportamento, quindi la purezza del silicio di livello semiconduttore deve essere sorprendentemente elevata. La purezza minima accettabile per il silicio di livello elettronico è del 99,99999%.
Ciò significa che è consentito solo un atomo non silicio per ogni dieci miliardi di atomi. La buona acqua potabile consente 40 milioni di molecole non d'acqua, che sono 50 milioni di volte meno pura del silicio di livello semiconduttore.
I produttori di wafer di silicio in bianco devono convertire il silicio di elevata purezza in perfette strutture a cristallo singolo. Questo viene fatto introducendo un cristallo madre single in silicio fuso alla temperatura appropriata. Mentre i nuovi cristalli di figlia iniziano a crescere attorno al cristallo della 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 realizzare oltre 3.000 wafer.
I wafer vengono tagliati a fette sottili usando un filo di diamante molto fine. La precisione degli utensili da taglio al silicio è molto elevata e gli operatori devono essere costantemente monitorati o inizieranno a usare gli strumenti per fare cose sciocche ai loro capelli. La breve introduzione alla produzione di wafer di silicio è troppo semplificata e non accredita pienamente i contributi dei geni; Ma si spera di fornire uno sfondo per una comprensione più profonda del business del wafer di silicio.
La relazione dell'offerta e dell'offerta di wafer di silicio
Il mercato del wafer di silicio è dominato da quattro società. Per molto tempo, il mercato è stato in un delicato equilibrio tra domanda e offerta.
Il calo delle vendite di semiconduttori nel 2023 ha portato il mercato ad essere in uno stato di eccesso di offerta, causando alti gli inventari interni ed esterni dei produttori di chip. Tuttavia, questa è solo una situazione temporanea. Man mano che il mercato si riprende, l'industria tornerà presto ai margini della capacità e dovrà soddisfare la domanda aggiuntiva causata dalla rivoluzione dell'IA. La transizione dall'architettura tradizionale basata sulla CPU al calcolo accelerato avrà un impatto sull'intero settore, poiché tuttavia, ciò potrebbe avere un impatto sui segmenti di basso valore del settore dei semiconduttori.
Le architetture dell'unità di elaborazione grafica (GPU) richiedono più area di silicio
All'aumentare della domanda di prestazioni, i produttori di GPU devono superare alcune limitazioni di progettazione per ottenere prestazioni più elevate dalle GPU. Ovviamente, rendere più grande il chip è un modo per ottenere prestazioni più elevate, poiché agli elettroni non piace percorrere lunghe distanze tra i diversi chip, il che limita le prestazioni. Tuttavia, esiste una limitazione pratica per rendere il chip più grande, noto come "limite di retina".
Il limite di litografia si riferisce alla dimensione massima di un chip che può essere esposto in un unico passaggio in una macchina litografica utilizzata nella produzione di semiconduttori. Questa limitazione è determinata dalla dimensione massima del campo magnetico dell'attrezzatura litografica, in particolare il passo o scanner utilizzato nel processo litografico. Per l'ultima tecnologia, il limite di maschera è di solito circa 858 millimetri quadrati. Questa limitazione delle dimensioni è molto importante perché determina l'area massima che può essere modellata sul wafer in una singola esposizione. Se il wafer è maggiore di questo limite, saranno necessarie esposizioni multiple per modellare completamente il wafer, che non è 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 limiti di dimensioni delle particelle in un interlayer di silicio, formando un substrato limitato da super-particelle che è il doppio. Altre limitazioni delle prestazioni sono la quantità di memoria e la distanza da quella memoria (cioè larghezza di banda della memoria). Nuove architetture GPU superano questo problema utilizzando la memoria ad alta larghezza di banda ad alta banda (HBM) installata sullo stesso interposer al silicio con due chip GPU. Dal punto di vista del silicio, il problema con HBM è che ogni pezzo di area di silicio è il doppio di quello della tradizionale DRAM a causa dell'interfaccia ad alto parallelo richiesto per l'elevata larghezza di banda. HBM integra anche un chip di controllo logico in ogni stack, aumentando l'area del silicio. Un calcolo approssimativo mostra che l'area del 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 vengano preparate per questo cambiamento, la capacità del wafer di silicio può diventare di nuovo molto stretta.
Capacità futura del mercato del wafer di silicio
La prima delle tre leggi della produzione di semiconduttori è che la maggior parte del denaro deve essere investita 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 spese in conto capitale trimestrali totali negli ultimi trimestri. Nonostante le difficili condizioni di mercato, questo è ancora così. Ciò che è ancora più interessante è che questa tendenza è in corso da molto tempo. Le compagnie di wafer di silicio sono fortunate o conoscono qualcosa che gli altri non fanno. La catena di approvvigionamento a semiconduttore è una macchina del tempo che può prevedere il futuro. Il tuo futuro potrebbe essere il passato di qualcun altro. Anche se non otteniamo sempre risposte, quasi sempre otteniamo domande utili.
Tempo post: 17-2024 giugno