В глубине цепочки поставок некоторые волшебники превращают песок в идеальные кремниевые кристаллические диски с ромбовидной структурой, которые необходимы для всей цепочки поставок полупроводников.Они являются частью цепочки поставок полупроводников, которая увеличивает стоимость «кремниевого песка» почти в тысячу раз.Слабое свечение, которое вы видите на пляже, — это кремний.Кремний – сложный кристалл, обладающий хрупкостью и твердоподобным металлом (металлическими и неметаллическими свойствами).Кремний есть везде.
Кремний — второй по распространенности материал на Земле после кислорода и седьмой по распространенности материал во Вселенной.Кремний является полупроводником, то есть он обладает электрическими свойствами между проводниками (например, медью) и изоляторами (например, стеклом).Небольшое количество посторонних атомов в структуре кремния может фундаментально изменить его поведение, поэтому чистота кремния полупроводникового класса должна быть поразительно высокой.Приемлемая минимальная чистота кремния электронного качества составляет 99,999999%.
Это означает, что на каждые десять миллиардов атомов допускается только один атом, не являющийся кремнием.Хорошая питьевая вода содержит 40 миллионов молекул, не являющихся водой, что в 50 миллионов раз менее чисто, чем кремний полупроводникового качества.
Производители чистых кремниевых пластин должны преобразовать кремний высокой чистоты в идеальные монокристаллические структуры.Это делается путем введения единственного материнского кристалла в расплавленный кремний при соответствующей температуре.Когда вокруг материнского кристалла начинают расти новые дочерние кристаллы, из расплавленного кремния медленно формируется слиток кремния.Процесс медленный и может занять неделю.Готовый слиток кремния весит около 100 килограммов, из него можно изготовить более 3000 пластин.
Пластины нарезаются на тонкие ломтики с помощью очень тонкой алмазной проволоки.Точность силиконовых режущих инструментов очень высока, и операторов необходимо постоянно контролировать, иначе они начнут использовать эти инструменты, чтобы делать глупости со своими волосами.Краткое введение в производство кремниевых пластин слишком упрощено и не полностью отражает вклад гениев;но мы надеемся, что это обеспечит основу для более глубокого понимания бизнеса кремниевых пластин.
Соотношение спроса и предложения на кремниевые пластины
На рынке кремниевых пластин доминируют четыре компании.Долгое время рынок находился в хрупком балансе между спросом и предложением.
Снижение продаж полупроводников в 2023 году привело к тому, что рынок оказался в состоянии избыточного предложения, в результате чего внутренние и внешние запасы производителей микросхем оказались высокими.Однако это лишь временная ситуация.По мере восстановления рынка отрасль вскоре вернется к пределу своих возможностей и должна будет удовлетворить дополнительный спрос, вызванный революцией в области искусственного интеллекта.Переход от традиционной архитектуры на базе ЦП к ускоренным вычислениям окажет влияние на всю отрасль, т.к. однако это может оказать влияние и на малоценные сегменты полупроводниковой промышленности.
Архитектура графического процессора (GPU) требует большей площади кристалла.
Поскольку спрос на производительность растет, производителям графических процессоров приходится преодолевать некоторые конструктивные ограничения, чтобы добиться более высокой производительности графических процессоров.Очевидно, что увеличение размера чипа — это один из способов добиться более высокой производительности, поскольку электронам не нравится перемещаться на большие расстояния между разными чипами, что ограничивает производительность.Однако существует практическое ограничение на увеличение размера чипа, известное как «предел сетчатки».
Предел литографии относится к максимальному размеру чипа, который может быть экспонирован за один этап в литографической машине, используемой в производстве полупроводников.Это ограничение определяется максимальным размером магнитного поля литографического оборудования, особенно шагового двигателя или сканера, используемых в процессе литографии.Для новейших технологий предел маски обычно составляет около 858 квадратных миллиметров.Это ограничение размера очень важно, поскольку оно определяет максимальную площадь, на которой можно нанести рисунок на пластину за одну экспозицию.Если пластина превышает этот предел, для полного формирования рисунка на пластине потребуется несколько экспозиций, что непрактично для массового производства из-за сложности и проблем с выравниванием.Новый GB200 преодолеет это ограничение, объединив две подложки чипов с ограничениями по размеру частиц в кремниевый промежуточный слой, образуя подложку с ограничением суперчастиц, которая в два раза больше.Другими ограничениями производительности являются объем памяти и расстояние до этой памяти (т. е. пропускная способность памяти).Новые архитектуры графических процессоров решают эту проблему за счет использования составной памяти с высокой пропускной способностью (HBM), которая устанавливается на один и тот же кремниевый переходник с двумя чипами графического процессора.С точки зрения кремния, проблема HBM заключается в том, что каждый бит площади кремния в два раза больше, чем в традиционной DRAM, из-за высокопараллельного интерфейса, необходимого для высокой пропускной способности.HBM также интегрирует микросхему логического управления в каждый стек, увеличивая площадь кремния.Грубый расчет показывает, что площадь кремния, используемая в архитектуре 2.5D GPU, в 2,5–3 раза больше, чем в традиционной архитектуре 2.0D.Как упоминалось ранее, если литейные компании не будут готовы к этим изменениям, производительность кремниевых пластин может снова стать очень ограниченной.
Будущая емкость рынка кремниевых пластин
Первый из трех законов производства полупроводников заключается в том, что больше денег нужно инвестировать, когда их наименьшее количество.Это связано с циклическим характером отрасли, и полупроводниковым компаниям трудно следовать этому правилу.Как показано на рисунке, большинство производителей кремниевых пластин осознали влияние этих изменений и за последние несколько кварталов почти утроили свои общие квартальные капитальные затраты.Несмотря на сложную рыночную ситуацию, ситуация по-прежнему актуальна.Еще более интересно то, что эта тенденция сохраняется уже давно.Компании, производящие кремниевые пластины, удачливы или знают что-то, чего не знают другие.Цепочка поставок полупроводников — это машина времени, способная предсказывать будущее.Ваше будущее может оказаться чьим-то прошлым.Хотя мы не всегда получаем ответы, мы почти всегда получаем стоящие вопросы.
Время публикации: 17 июня 2024 г.