Djúpt inni í aðfangakeðjunni breyta sumir töframenn sandi í fullkomna demantuppbyggða kísilkristalla, sem eru nauðsynlegir fyrir alla aðfangakeðju hálfleiðara.Þeir eru hluti af aðfangakeðju hálfleiðara sem eykur verðmæti „kísilsands“ um næstum þúsund sinnum.Daufi ljóminn sem þú sérð á ströndinni er sílikon.Kísill er flókinn kristal með stökkleika og solid-eins málmur (málmi og ekki málm eiginleika).Kísill er alls staðar.
Kísill er annað algengasta efnið á jörðinni, á eftir súrefni, og sjöunda algengasta efnið í alheiminum.Kísill er hálfleiðari, sem þýðir að það hefur rafmagnseiginleika milli leiðara (eins og kopar) og einangrunarefna (eins og glers).Lítið magn af erlendum atómum í kísilbyggingunni getur í grundvallaratriðum breytt hegðun þess, þannig að hreinleiki hálfleiðara kísils hlýtur að vera ótrúlega mikill.Viðunandi lágmarkshreinleiki fyrir kísil af rafeindagráðu er 99,999999%.
Þetta þýðir að aðeins eitt ókísilatóm er leyfilegt fyrir hverja tíu milljarða atóma.Gott drykkjarvatn gerir ráð fyrir 40 milljón sameindum sem ekki eru vatn, sem er 50 milljón sinnum minna hreint en hálfleiðara kísill.
Framleiðendur tómra kísilskúffu verða að umbreyta kísil af miklum hreinleika í fullkomna einkristalla uppbyggingu.Þetta er gert með því að setja einstæð móðurkristal í bráðið sílikon við viðeigandi hitastig.Þegar nýir dótturkristallar byrja að vaxa í kringum móðurkristallinn myndast kísilhleifurinn hægt og rólega úr bráðna kísilnum.Ferlið er hægt og getur tekið viku.Fullbúið kísilhleifur vegur um 100 kíló og getur búið til yfir 3.000 oblátur.
Skurðirnar eru skornar í þunnar sneiðar með mjög fínum demantvír.Nákvæmni kísilskurðarverkfæranna er mjög mikil og það þarf að fylgjast stöðugt með rekstraraðilum, annars byrja þeir að nota verkfærin til að gera kjánalega hluti við hárið á sér.Stutta kynningin á framleiðslu kísilþráða er of einfölduð og gefur ekki fyllilega heiðurinn af framlagi snillinganna;en vonast er til að það veiti bakgrunn fyrir dýpri skilning á kísilflögubransanum.
Samband framboðs og eftirspurnar kísilþráða
Markaðurinn fyrir kísilskúffu einkennist af fjórum fyrirtækjum.Markaðurinn hefur lengi verið í viðkvæmu jafnvægi milli framboðs og eftirspurnar.
Samdráttur í sölu hálfleiðara árið 2023 hefur leitt til þess að markaðurinn er í offramboði, sem veldur því að innri og ytri birgðir flísaframleiðenda eru miklar.Þetta er þó aðeins tímabundið ástand.Þegar markaðurinn batnar mun iðnaðurinn fljótlega snúa aftur á brún getu og verður að mæta aukinni eftirspurn sem AI byltingin hefur í för með sér.Breytingin frá hefðbundnum örgjörva-byggðum arkitektúr yfir í hraða tölvuvinnslu mun hafa áhrif á allan iðnaðinn, þar sem þetta getur þó haft áhrif á lágvirðishluta hálfleiðaraiðnaðarins.
Grafísk vinnslueining (GPU) arkitektúr krefst meira kísilsvæðis
Þar sem eftirspurnin eftir frammistöðu eykst verða GPU framleiðendur að sigrast á nokkrum hönnunartakmörkunum til að ná meiri afköstum frá GPU.Augljóslega er að gera flísina stærri ein leið til að ná meiri afköstum, þar sem rafeindum líkar ekki að ferðast langar vegalengdir á milli mismunandi flísa, sem takmarkar frammistöðu.Hins vegar er hagnýt takmörkun á því að gera flísinn stærri, þekktur sem "sjónhimnumörkin".
Steinþrykkjamörk vísa til hámarksstærðar flísar sem hægt er að afhjúpa í einu skrefi í steinþrykkjavél sem notuð er við hálfleiðaraframleiðslu.Þessi takmörkun er ákvörðuð af hámarks segulsviðsstærð steinþrykkjabúnaðarins, sérstaklega stepper eða skanna sem notaður er í steinþrykkjaferlinu.Fyrir nýjustu tækni eru grímumörkin venjulega um 858 fermillímetrar.Þessi stærðartakmörkun er mjög mikilvæg vegna þess að hún ákvarðar hámarksflatarmál sem hægt er að mynstra á disknum í einni lýsingu.Ef skúffan er stærri en þessi mörk, þarf margar útsetningar til að mynstra skífuna að fullu, sem er óhagkvæmt fyrir fjöldaframleiðslu vegna flókinna og jöfnunaráskorana.Hin nýja GB200 mun sigrast á þessari takmörkun með því að sameina tvö flís hvarfefni með kornastærðartakmörkunum í sílikon millilag og mynda ofurkornatakmarkað undirlag sem er tvöfalt stærra.Aðrar takmarkanir á frammistöðu eru minnismagnið og fjarlægðin til þess minnis (þ.e. minnisbandbreidd).Nýr GPU arkitektúr sigrast á þessu vandamáli með því að nota staflað hábandvíddarminni (HBM) sem er sett upp á sama sílikon interposer með tveimur GPU flísum.Frá kísilsjónarhorni er vandamálið við HBM að hver biti af kísilflatarmáli er tvöfalt meira en hefðbundið DRAM vegna mikils samhliða viðmóts sem þarf fyrir mikla bandbreidd.HBM samþættir einnig rökstýringarflís í hvern stafla og eykur kísilsvæðið.Grófur útreikningur sýnir að kísilsvæðið sem notað er í 2.5D GPU arkitektúr er 2.5 til 3 sinnum meira en hefðbundið 2.0D arkitektúr.Eins og áður hefur komið fram, nema steypufyrirtæki séu undirbúin fyrir þessa breytingu, gæti getu kísilflaksins orðið mjög þröng aftur.
Framtíðargeta kísilskúffumarkaðarins
Fyrsta af þremur lögmálum hálfleiðaraframleiðslu er að mesta peninga þarf að fjárfesta þegar minnst magn af peningum er tiltækt.Þetta er vegna sveiflukenndar í greininni og hálfleiðarafyrirtæki eiga erfitt með að fylgja þessari reglu.Eins og sést á myndinni hafa flestir framleiðendur kísilflöts gert sér grein fyrir áhrifum þessarar breytinga og hafa næstum þrefaldað heildarfjármagnsútgjöld sín á ársfjórðungi á undanförnum misserum.Þrátt fyrir erfiðar markaðsaðstæður er þetta enn raunin.Það sem er enn áhugaverðara er að þessi þróun hefur verið í gangi í langan tíma.Kísilskúffufyrirtæki eru heppin eða vita eitthvað sem aðrir gera ekki.Aðfangakeðja hálfleiðara er tímavél sem getur spáð fyrir um framtíðina.Framtíð þín gæti verið fortíð einhvers annars.Þó að við fáum ekki alltaf svör fáum við næstum alltaf spurningar sem eru þess virði.
Pósttími: 17-jún-2024