Djupt inne i försörjningskedjan förvandlar vissa magiker sand till perfekta diamantstrukturerade kiselkristallskivor, som är väsentliga för hela halvledarförsörjningskedjan.De är en del av halvledarförsörjningskedjan som ökar värdet på "kiselsand" med nästan tusen gånger.Det svaga skenet du ser på stranden är kisel.Kisel är en komplex kristall med sprödhet och solid-liknande metall (metalliska och icke-metalliska egenskaper).Kisel finns överallt.
Kisel är det näst vanligaste materialet på jorden, efter syre, och det sjunde vanligaste materialet i universum.Kisel är en halvledare, vilket betyder att den har elektriska egenskaper mellan ledare (som koppar) och isolatorer (som glas).En liten mängd främmande atomer i kiselstrukturen kan i grunden förändra dess beteende, så renheten hos halvledarkisel måste vara häpnadsväckande hög.Den acceptabla lägsta renheten för kisel av elektronisk kvalitet är 99,999999 %.
Det betyder att endast en icke-kiselatom tillåts för varje tio miljarder atomer.Bra dricksvatten tillåter 40 miljoner icke-vattenmolekyler, vilket är 50 miljoner gånger mindre rent än kisel av halvledarkvalitet.
Tillverkare av tomma kiselwafer måste omvandla högrent kisel till perfekta enkristallstrukturer.Detta görs genom att införa en ensamstående kristall i smält kisel vid lämplig temperatur.När nya dotterkristaller börjar växa runt moderkristallen bildas kiselgötet långsamt från det smälta kislet.Processen är långsam och kan ta en vecka.Det färdiga kiselgötet väger cirka 100 kilo och kan göra över 3 000 wafers.
Skivorna skärs i tunna skivor med mycket fin diamanttråd.Precisionen hos skärverktygen i kisel är mycket hög, och operatörerna måste övervakas ständigt, annars kommer de att börja använda verktygen för att göra dumma saker med håret.Den korta introduktionen till tillverkningen av kiselwafers är alltför förenklad och ger inte geniernas bidrag till fullo.men man hoppas kunna ge en bakgrund för en djupare förståelse av kiselwaferverksamheten.
Förhållandet utbud och efterfrågan för kiselwafers
Marknaden för kiselwafer domineras av fyra företag.Marknaden har under lång tid befunnit sig i en hårfin balans mellan utbud och efterfrågan.
Nedgången i halvledarförsäljningen 2023 har lett till att marknaden är i ett tillstånd av överutbud, vilket gör att chiptillverkarnas interna och externa lager är höga.Detta är dock bara en tillfällig situation.När marknaden återhämtar sig kommer branschen snart att återgå till kapacitetskanten och måste möta den ytterligare efterfrågan som AI-revolutionen medför.Övergången från traditionell CPU-baserad arkitektur till accelererad datoranvändning kommer att ha en inverkan på hela branschen, eftersom detta dock kan ha en inverkan på lågvärdesegmenten inom halvledarindustrin.
Graphics Processing Unit (GPU)-arkitekturer kräver mer kiselarea
När kravet på prestanda ökar måste GPU-tillverkare övervinna vissa designbegränsningar för att uppnå högre prestanda från GPU:er.Att göra chippet större är uppenbarligen ett sätt att uppnå högre prestanda, eftersom elektroner inte gillar att resa långa sträckor mellan olika chip, vilket begränsar prestandan.Det finns dock en praktisk begränsning för att göra chippet större, känd som "näthinnagränsen".
Litografigränsen avser den maximala storleken på ett chip som kan exponeras i ett enda steg i en litografimaskin som används vid halvledartillverkning.Denna begränsning bestäms av den maximala magnetiska fältstorleken för litografiutrustningen, speciellt stegapparaten eller skannern som används i litografiprocessen.För den senaste tekniken är maskgränsen vanligtvis runt 858 kvadratmillimeter.Denna storleksbegränsning är mycket viktig eftersom den bestämmer den maximala yta som kan mönstras på wafern i en enda exponering.Om wafern är större än denna gräns kommer flera exponeringar att behövas för att mönstra wafern fullt ut, vilket är opraktiskt för massproduktion på grund av komplexitet och inriktningsutmaningar.Den nya GB200 kommer att övervinna denna begränsning genom att kombinera två chipsubstrat med partikelstorleksbegränsningar till ett kiselmellanskikt, vilket bildar ett superpartikelbegränsat substrat som är dubbelt så stort.Andra prestandabegränsningar är mängden minne och avståndet till det minnet (dvs. minnesbandbredd).Nya GPU-arkitekturer löser detta problem genom att använda staplat högbandbreddsminne (HBM) som är installerat på samma kiselmellanläggare med två GPU-chips.Ur ett kiselperspektiv är problemet med HBM att varje bit av kiselarean är dubbelt så stor som traditionell DRAM på grund av det höga parallella gränssnittet som krävs för hög bandbredd.HBM integrerar också ett logiskt kontrollchip i varje stack, vilket ökar kiselarean.En grov beräkning visar att kiselarean som används i 2.5D GPU-arkitektur är 2.5 till 3 gånger större än den traditionella 2.0D-arkitekturen.Som nämnts tidigare, om inte gjuteriföretag är förberedda på denna förändring, kan kiselwaferkapaciteten bli mycket snäv igen.
Framtida kapacitet på marknaden för kiselwafer
Den första av de tre lagarna för halvledartillverkning är att mest pengar behöver investeras när minsta summa pengar är tillgänglig.Detta beror på branschens cykliska karaktär och halvledarföretagen har svårt att följa denna regel.Som visas i figuren har de flesta kiselwafertillverkare insett effekterna av denna förändring och har nästan tredubblat sina totala kvartalsinvesteringar under de senaste kvartalen.Trots de svåra marknadsförhållandena är det fortfarande så.Vad som är ännu mer intressant är att denna trend har pågått under lång tid.Silikonwaferföretag har tur eller vet något som andra inte vet.Halvledarförsörjningskedjan är en tidsmaskin som kan förutsäga framtiden.Din framtid kan vara någon annans förflutna.Även om vi inte alltid får svar, får vi nästan alltid värdefulla frågor.
Posttid: 2024-jun-17