Nutizie di l'industria: A GPU aumenta a dumanda di wafer di siliciu

U siliciu hè u secondu materiale più cumunu nantu à a Terra, dopu à l'ossigenu, è u settimu materiale più cumunu in l'universu. U siliciu hè un semiconduttore, vale à dì chì hà proprietà elettriche trà i cunduttori (cum'è u rame) è l'isolanti (cum'è u vetru). Una piccula quantità d'atomi stranieri in a struttura di u siliciu pò cambià fundamentalmente u so cumpurtamentu, dunque a purità di u siliciu di qualità semiconduttore deve esse sorprendentemente alta. A purità minima accettabile per u siliciu di qualità elettronica hè di 99,999999%.

Ciò significa chì solu un atomu micca di siliciu hè permessu per ogni dece miliardi d'atomi. Una bona acqua potabile permette 40 milioni di molecule micca d'acqua, chì hè 50 milioni di volte menu pura chè u siliciu di qualità semiconduttore.

I pruduttori di wafer di siliciu vuoti devenu cunvertisce u siliciu di alta purezza in strutture monocristalline perfette. Questu hè fattu introducendu un cristallu madre unicu in u siliciu fusu à a temperatura adatta. Quandu i novi cristalli figli cumincianu à cresce intornu à u cristallu madre, u lingotto di siliciu si forma pianu pianu da u siliciu fusu. U prucessu hè lentu è pò piglià una settimana. U lingotto di siliciu finitu pesa circa 100 chilogrammi è pò fà più di 3.000 wafer.

I wafers sò tagliati in fette fine cù un filu di diamanti assai finu. A precisione di l'arnesi di taglio di u silicone hè assai alta, è l'operatori devenu esse monitorati constantemente, o cuminceranu à aduprà l'arnesi per fà cose sceme à i so capelli. A breve introduzione à a pruduzzione di wafers di silicone hè troppu simplificata è ùn dà micca pienamente creditu à i cuntributi di i geni; ma si spera di furnisce un sfondate per una cunniscenza più profonda di l'affari di i wafer di silicone.

A relazione trà l'offerta è a dumanda di wafer di siliciu

U mercatu di e wafer di siliciu hè duminatu da quattru cumpagnie. Per un bellu pezzu, u mercatu hè statu in un equilibriu delicatu trà l'offerta è a dumanda.
U calu di e vendite di semiconduttori in u 2023 hà purtatu u mercatu à esse in un statu di sovraofferta, causendu un aumentu di l'inventarii interni è esterni di i pruduttori di chip. Tuttavia, questu hè solu una situazione tempuranea. Mentre u mercatu si riprende, l'industria tornerà prestu à u limite di a capacità è duverà risponde à a dumanda supplementaria purtata da a rivoluzione di l'IA. A transizione da l'architettura tradiziunale basata nantu à a CPU à l'informatica accelerata avarà un impattu nantu à tutta l'industria, postu chì questu puderia avè un impattu nantu à i segmenti di bassu valore di l'industria di i semiconduttori.

L'architetture di l'unità di trasfurmazione grafica (GPU) necessitanu più spaziu di siliciu

Cù l'aumentu di a dumanda di prestazioni, i pruduttori di GPU devenu superà alcune limitazioni di cuncepimentu per ottene prestazioni più elevate da e GPU. Ovviamente, rende u chip più grande hè un modu per ottene prestazioni più elevate, postu chì l'elettroni ùn volenu micca viaghjà longhe distanze trà chip diversi, ciò chì limita e prestazioni. Tuttavia, ci hè una limitazione pratica per rende u chip più grande, cunnisciuta cum'è "limite di retina".

U limite di litografia si riferisce à a dimensione massima di un chip chì pò esse espostu in un solu passu in una macchina di litografia aduprata in a fabricazione di semiconduttori. Questa limitazione hè determinata da a dimensione massima di u campu magneticu di l'equipaggiu di litografia, in particulare u stepper o scanner utilizatu in u prucessu di litografia. Per l'ultima tecnulugia, u limite di maschera hè di solitu intornu à 858 millimetri quadrati. Questa limitazione di dimensione hè assai impurtante perchè determina l'area massima chì pò esse modellata nantu à u wafer in una sola esposizione. Se u wafer hè più grande di questu limite, saranu necessarie esposizioni multiple per modellà cumpletamente u wafer, ciò chì hè impraticabile per a pruduzzione di massa per via di a cumplessità è di e sfide di allineamentu. U novu GB200 supererà sta limitazione cumbinendu dui substrati di chip cù limitazioni di dimensione di particelle in un interstrato di siliciu, furmendu un substratu super-limitatu da particelle chì hè duie volte più grande. Altre limitazioni di prestazioni sò a quantità di memoria è a distanza da quella memoria (vale à dì a larghezza di banda di memoria). E nuove architetture GPU superanu stu prublema aduprendu memoria impilata à alta larghezza di banda (HBM) chì hè installata nantu à u listessu interposer di siliciu cù dui chip GPU. Da una perspettiva di u siliciu, u prublema cù HBM hè chì ogni bit di superficia di siliciu hè duie volte quella di a DRAM tradiziunale per via di l'interfaccia à alta parallela necessaria per una larghezza di banda elevata. HBM integra ancu un chip di cuntrollu logicu in ogni pila, aumentendu a superficia di siliciu. Un calculu apprussimativu mostra chì a superficia di siliciu aduprata in l'architettura GPU 2.5D hè da 2,5 à 3 volte quella di l'architettura tradiziunale 2.0D. Cum'è digià dettu, à menu chì e cumpagnie di fonderia ùn sianu preparate per questu cambiamentu, a capacità di e wafer di siliciu puderia diventà di novu assai limitata.

Capacità futura di u mercatu di e wafer di siliciu

A prima di e trè lege di a fabricazione di semiconduttori hè chì a più grande quantità di soldi deve esse investita quandu a menu quantità di soldi hè dispunibule. Questu hè duvutu à a natura ciclica di l'industria, è e cumpagnie di semiconduttori anu difficultà à seguità sta regula. Cum'è mostratu in a figura, a maiò parte di i pruduttori di wafer di siliciu anu ricunnisciutu l'impattu di stu cambiamentu è anu quasi triplicatu e so spese di capitale trimestrali totali in l'ultimi trimestri. Malgradu e cundizioni difficili di u mercatu, questu hè sempre u casu. Ciò chì hè ancu più interessante hè chì sta tendenza hè andata avanti per un bellu pezzu. E cumpagnie di wafer di siliciu sò furtunate o sanu qualcosa chì l'altri ùn sanu micca. A catena di furnimentu di semiconduttori hè una macchina di u tempu chì pò predichendu u futuru. U vostru futuru pò esse u passatu di qualcunu altru. Mentre ùn ricevemu micca sempre risposte, ricevemu quasi sempre dumande chì valenu a pena.