Diep in de supply chain veranderen sommige goochelaars zand in perfecte diamant-gestructureerde siliciumkristalschijven, die essentieel zijn voor de gehele halfgeleider supply chain. Ze maken deel uit van de Semiconductor Supply Chain die bijna duizend keer de waarde van "siliciumzand" verhoogt. De vage gloed die je op het strand ziet, is silicium. Silicium is een complex kristal met brosheid en massiefachtig metaal (metalen en niet-metalen eigenschappen). Silicium is overal.
Silicium is het tweede meest voorkomende materiaal op aarde, na zuurstof en het zevende meest voorkomende materiaal in het universum. Silicium is een halfgeleider, wat betekent dat het elektrische eigenschappen heeft tussen geleiders (zoals koper) en isolatoren (zoals glas). Een kleine hoeveelheid buitenlandse atomen in de siliciumstructuur kan zijn gedrag fundamenteel veranderen, dus de zuiverheid van silicium met halfgeleider-kwaliteit moet verbazingwekkend hoog zijn. De acceptabele minimale zuiverheid voor silicium voor elektronische kwaliteit is 99,999999%.
Dit betekent dat slechts één niet-silicium atoom is toegestaan voor elke tien miljard atomen. Goed drinkwater zorgt voor 40 miljoen niet-watermoleculen, wat 50 miljoen keer minder zuiver is dan silicium van halfgeleider.
Blanco siliciumwafelfabrikanten moeten silicium met een hoog zuivere omzet in perfecte structuren met één kristal. Dit wordt gedaan door een alleenstaande moederkristal in gesmolten silicium bij de juiste temperatuur te introduceren. Terwijl nieuwe dochter kristallen rond het moederkristal beginnen te groeien, vormt het silicium dat zich langzaam uit het gesmolten silicium vormt. Het proces is traag en kan een week duren. De afgewerkte silicium ingot weegt ongeveer 100 kilogram en kan meer dan 3000 wafels maken.
De wafels worden in dunne plakjes gesneden met behulp van zeer fijne diamantdraad. De precisie van het siliconen snijgereedschap is erg hoog en operators moeten constant worden gecontroleerd, of ze zullen de tools gaan gebruiken om gekke dingen met hun haar te doen. De korte introductie tot de productie van siliciumwafels is te vereenvoudigd en crediteert de bijdragen van de genieën niet volledig; Maar er wordt gehoopt dat het een achtergrond is voor een dieper inzicht in de Silicon Wafer Business.
De vraag- en aanbodrelatie van siliciumwafels
De Silicon Wafer -markt wordt gedomineerd door vier bedrijven. Lange tijd heeft de markt een delicaat evenwicht tussen vraag en aanbod.
De daling van de verkoop van halfgeleiders in 2023 heeft ertoe geleid dat de markt in een overaanbod is, waardoor de interne en externe voorraden van chipfabrikanten hoog zijn. Dit is echter slechts een tijdelijke situatie. Naarmate de markt herstelt, zal de industrie binnenkort terugkeren naar de rand van de capaciteit en moet voldoen aan de extra eis die wordt veroorzaakt door de AI -revolutie. De overgang van traditionele CPU-gebaseerde architectuur naar versneld computer zal een impact hebben op de hele industrie, omdat dit echter een impact kan hebben op de segmenten met lage waarde van de halfgeleiderindustrie.
Architecturen van de grafische verwerkingseenheid (GPU) vereisen meer siliciumgebied
Naarmate de vraag naar prestaties toeneemt, moeten GPU -fabrikanten enkele ontwerpbeperkingen overwinnen om hogere prestaties van GPU's te bereiken. Het is duidelijk dat het groter is om de chip groter te maken een manier om hogere prestaties te bereiken, omdat elektronen niet graag lange afstanden tussen verschillende chips afleggen, wat de prestaties beperkt. Er is echter een praktische beperking om de chip groter te maken, bekend als de "netvlieslimiet".
De lithografielimiet verwijst naar de maximale grootte van een chip die kan worden blootgesteld in een enkele stap in een lithografiemachine die wordt gebruikt in de productie van halfgeleiders. Deze beperking wordt bepaald door de maximale magnetische veldgrootte van de lithografie -apparatuur, met name de stepper of scanner die wordt gebruikt in het lithografieproces. Voor de nieuwste technologie ligt de maskerlimiet meestal ongeveer 858 vierkante millimeter. Deze beperking van de grootte is erg belangrijk omdat het het maximale gebied bepaalt dat in een enkele blootstelling op de wafer kan worden gevormd. Als de wafer groter is dan deze limiet, zijn meerdere blootstellingen nodig om de wafer volledig te patronen, wat onpraktisch is voor massaproductie vanwege complexiteit en uitlijningsuitdagingen. De nieuwe GB200 zal deze beperking overwinnen door twee chipsubstraten te combineren met beperkingen van de deeltjesgrootte in een silicium tussenlaag, waardoor een super-deeltjesbeperkte substraat twee keer zo groot is. Andere prestatiebeperkingen zijn de hoeveelheid geheugen en de afstand tot dat geheugen (dwz geheugenbandbreedte). Nieuwe GPU-architecturen overwinnen dit probleem met behulp van Stacked High-Bandwidth Memory (HBM) dat is geïnstalleerd op dezelfde silicium interposer met twee GPU-chips. Vanuit een siliciumperspectief is het probleem met HBM dat elk beetje siliciumgebied twee keer dat van traditioneel dram is vanwege de hoge parallelle interface die nodig is voor hoge bandbreedte. HBM integreert ook een logische besturingschip in elke stapel, waardoor het siliciumgebied wordt verhoogd. Een ruwe berekening laat zien dat het siliciumgebied dat wordt gebruikt in 2.5D GPU -architectuur 2,5 tot 3 keer dat van de traditionele 2.0D -architectuur is. Zoals eerder vermeld, kan, tenzij de gieterijbedrijven op deze wijziging zijn voorbereid, siliciumwafelcapaciteit weer erg strak worden.
Toekomstige capaciteit van de siliciumwafelmarkt
De eerste van de drie wetten van de productie van halfgeleiders is dat het meeste geld moet worden geïnvesteerd wanneer het minste bedrag beschikbaar is. Dit komt door het cyclische karakter van de industrie, en halfgeleiderbedrijven hebben het moeilijk om deze regel te volgen. Zoals getoond in de figuur, hebben de meeste siliciumwafelfabrikanten de impact van deze verandering erkend en hebben ze hun totale driemaandelijkse kapitaaluitgaven in de afgelopen kwartalen bijna verdrievoudigd. Ondanks de moeilijke marktomstandigheden is dit nog steeds het geval. Wat nog interessanter is, is dat deze trend al lang aan de gang is. Siliconenwafelbedrijven hebben het geluk of weten iets dat anderen niet doen. De Semiconductor Supply Chain is een tijdmachine die de toekomst kan voorspellen. Je toekomst kan het verleden van iemand anders zijn. Hoewel we niet altijd antwoorden krijgen, worden we bijna altijd waardevolle vragen.
Posttijd: juni-17-2024