Syvällä toimitusketjussa jotkut taikurit muuttavat hiekkaa täydellisiksi timanttirakenteisiksi piikidelevyiksi, jotka ovat välttämättömiä koko puolijohteiden toimitusketjulle.Ne ovat osa puolijohteiden toimitusketjua, joka nostaa "piihiekan" arvoa lähes tuhat kertaa.Heikko hehku, jonka näet rannalla, on piitä.Pii on monimutkainen kide, jossa on haurautta ja kiinteää metallia (metallisia ja ei-metallisia ominaisuuksia).Pii on kaikkialla.
Pii on toiseksi yleisin materiaali maan päällä hapen jälkeen ja seitsemänneksi yleisin materiaali maailmankaikkeudessa.Pii on puolijohde, mikä tarkoittaa, että sillä on sähköisiä ominaisuuksia johtimien (kuten kuparin) ja eristeiden (kuten lasin) välillä.Pieni määrä vieraita atomeja piirakenteessa voi muuttaa sen käyttäytymistä perusteellisesti, joten puolijohdelaatuisen piin puhtauden on oltava hämmästyttävän korkea.Elektronisen piin hyväksyttävä vähimmäispuhtaus on 99,999999 %.
Tämä tarkoittaa, että jokaista kymmentä miljardia atomia kohden sallitaan vain yksi ei-piiatomi.Hyvä juomavesi mahdollistaa 40 miljoonaa ei-vesimolekyyliä, mikä on 50 miljoonaa kertaa vähemmän puhdasta kuin puolijohdeluokan pii.
Tyhjien piikiekkojen valmistajien on muutettava erittäin puhdasta piitä täydellisiksi yksikiderakenteiksi.Tämä tehdään viemällä yksittäinen kide sulaan piin sopivassa lämpötilassa.Kun emokiteen ympärille alkaa kasvaa uusia tytärkiteitä, sulasta piistä muodostuu hitaasti piiharkko.Prosessi on hidas ja voi kestää viikon.Valmis piiharkko painaa noin 100 kiloa ja pystyy valmistamaan yli 3000 kiekkoa.
Kiekot leikataan ohuiksi viipaleiksi erittäin hienolla timanttilangalla.Piileikkaustyökalujen tarkkuus on erittäin korkea, ja käyttäjiä on valvottava jatkuvasti, tai he alkavat käyttää työkaluja typerästi hiuksiinsa.Lyhyt johdatus piikiekkojen valmistukseen on liian yksinkertaistettu, eikä siinä oteta täysin huomioon nerojen panoksia.mutta sen toivotaan tarjoavan taustan piikiekkoliiketoiminnan syvemmälle ymmärtämiselle.
Piikiekkojen kysynnän ja tarjonnan suhde
Piikiekkomarkkinoita hallitsee neljä yritystä.Markkinat ovat jo pitkään olleet herkässä tasapainossa kysynnän ja tarjonnan välillä.
Puolijohteiden myynnin lasku vuonna 2023 on johtanut markkinoiden ylitarjonnan tilaan, minkä vuoksi siruvalmistajien sisäiset ja ulkoiset varastot ovat suuret.Tämä on kuitenkin vain tilapäinen tilanne.Markkinoiden elpyessä ala palaa pian kapasiteetin rajalle, ja sen on vastattava tekoälyvallankumouksen tuomaan lisäkysyntään.Siirtyminen perinteisestä prosessoripohjaisesta arkkitehtuurista nopeutettuun laskentaan vaikuttaa koko toimialaan, sillä tällä voi kuitenkin olla vaikutusta puolijohdeteollisuuden pieniarvoisiin segmentteihin.
Graphics Processing Unit (GPU) -arkkitehtuurit vaativat enemmän piialuetta
Suorituskyvyn kysynnän kasvaessa GPU-valmistajien on voitettava joitain suunnittelun rajoituksia saavuttaakseen korkeamman suorituskyvyn GPU:ilta.On selvää, että sirun suurentaminen on yksi tapa parantaa suorituskykyä, koska elektronit eivät halua matkustaa pitkiä matkoja eri sirujen välillä, mikä rajoittaa suorituskykyä.Sirun suurentamiseen liittyy kuitenkin käytännön rajoitus, joka tunnetaan nimellä "verkkokalvoraja".
Litografiaraja viittaa sirun enimmäiskokoon, joka voidaan paljastaa yhdessä vaiheessa puolijohteiden valmistuksessa käytettävässä litografiakoneessa.Tämä rajoitus määräytyy litografialaitteiston, erityisesti litografiaprosessissa käytetyn stepperin tai skannerin, suurimman magneettikentän koon mukaan.Uusimmassa tekniikassa maskin raja on yleensä noin 858 neliömillimetriä.Tämä kokorajoitus on erittäin tärkeä, koska se määrittää suurimman alueen, joka voidaan kuvioida kiekkoon yhdellä valotuksella.Jos kiekko on tätä rajaa suurempi, kiekon täydellinen kuviointi vaatii useita valotuksia, mikä on epäkäytännöllistä massatuotannossa monimutkaisuuden ja kohdistushaasteiden vuoksi.Uusi GB200 voittaa tämän rajoituksen yhdistämällä kaksi sirualustaa, joilla on hiukkaskokorajoituksia, piivälikerrokseksi, jolloin muodostuu superhiukkasrajoitettu substraatti, joka on kaksi kertaa suurempi.Muita suorituskyvyn rajoituksia ovat muistin määrä ja etäisyys muistiin (eli muistin kaistanleveys).Uudet GPU-arkkitehtuurit ratkaisevat tämän ongelman käyttämällä pinottua korkean kaistanleveyden muistia (HBM), joka on asennettu samaan piivälityslaitteeseen, jossa on kaksi GPU-sirua.Piin näkökulmasta HBM:n ongelma on, että jokainen piialueen bitti on kaksinkertainen perinteiseen DRAM-muistiin verrattuna suuren kaistanleveyden edellyttämän korkean rinnakkaisliittymän vuoksi.HBM myös integroi logiikkaohjaussirun jokaiseen pinoon, mikä lisää piialuetta.Karkea laskelma osoittaa, että 2.5D GPU-arkkitehtuurissa käytetty piipinta-ala on 2.5-3 kertaa suurempi kuin perinteisessä 2.0D-arkkitehtuurissa.Kuten aiemmin mainittiin, elleivät valimoyritykset ole varautuneet tähän muutokseen, piikiekkojen kapasiteetti voi tulla jälleen erittäin tiukkaksi.
Piikiekkomarkkinoiden tuleva kapasiteetti
Ensimmäinen puolijohteiden valmistuksen kolmesta laista on, että eniten rahaa on investoitava, kun rahaa on käytettävissä vähiten.Tämä johtuu alan syklisestä luonteesta, ja puolijohdeyhtiöiden on vaikea noudattaa tätä sääntöä.Kuten kuvasta näkyy, useimmat piikiekkojen valmistajat ovat tunnistaneet tämän muutoksen vaikutuksen ja ovat lähes kolminkertaistaneet neljännesvuosittaiset kokonaisinvestoinnit muutaman viime vuosineljänneksen aikana.Vaikeista markkinaolosuhteista huolimatta näin on edelleen.Vielä mielenkiintoisempaa on, että tämä trendi on jatkunut jo pitkään.Piikiekkoyritykset ovat onnekkaita tai tietävät jotain, mitä muut eivät.Puolijohteiden toimitusketju on aikakone, joka voi ennustaa tulevaisuuden.Tulevaisuutesi voi olla jonkun toisen menneisyyttä.Vaikka emme aina saa vastauksia, saamme melkein aina hyödyllisiä kysymyksiä.
Postitusaika: 17.6.2024