Глыбока ў ланцужку паставак некаторыя чараўнікі ператвараюць пясок у ідэальныя дыскі крышталяў крэмнію з алмазнай структурай, якія неабходныя для ўсяго ланцужка паставак паўправаднікоў. Яны з'яўляюцца часткай ланцужка паставак паўправаднікоў, які павялічвае каштоўнасць «крэмніевага пяску» амаль у тысячу разоў. Слабае ззянне, якое вы бачыце на пляжы, — гэта крэмній. Крэмній — гэта складаны крышталь з далікатнасцю і цвёрдацельным металам (металічныя і неметалічныя ўласцівасці). Крэмній ёсць усюды.
Крэмній — другі па распаўсюджанасці матэрыял на Зямлі пасля кіслароду і сёмы па распаўсюджанасці матэрыял у Сусвеце. Крэмній — паўправаднік, гэта значыць, ён мае электрычныя ўласцівасці паміж праваднікамі (напрыклад, медзь) і ізалятарамі (напрыклад, шкло). Невялікая колькасць старонніх атамаў у структуры крэмнію можа кардынальна змяніць яго паводзіны, таму чысціня паўправадніковага крэмнію павінна быць неверагодна высокай. Дапушчальная мінімальная чысціня для крэмнію электроннай якасці складае 99,999999%.
Гэта азначае, што на кожныя дзесяць мільярдаў атамаў дапускаецца толькі адзін атам, не звязаны з крэмніем. Добрая пітная вада змяшчае 40 мільёнаў малекул, не звязаных з вадой, што ў 50 мільёнаў разоў менш чыстае, чым паўправадніковы крэмній.
Вытворцы чыстых крэмніевых пласцін павінны пераўтвараць высакаякасны крэмній у ідэальныя монакрышталічныя структуры. Гэта робіцца шляхам увядзення аднаго мацярынскага крышталя ў расплаўлены крэмній пры адпаведнай тэмпературы. Па меры таго, як вакол мацярынскага крышталя пачынаюць расці новыя даччыныя крышталі, з расплаўленага крэмнію павольна фармуецца крэмніевы злітак. Працэс павольны і можа заняць тыдзень. Гатовы крэмніевы злітак важыць каля 100 кілаграмаў і можа вырабіць больш за 3000 пласцін.
Пласціны наразаюцца на тонкія лустачкі з дапамогай вельмі тонкага алмазнага дроту. Дакладнасць крэмніевых рэжучых інструментаў вельмі высокая, і аператараў трэба пастаянна кантраляваць, інакш яны пачнуць выкарыстоўваць інструменты для недарэчных рэчаў са сваімі валасамі. Кароткі ўвод у вытворчасць крэмніевых пласцін занадта спрошчаны і не цалкам адлюстроўвае ўклад геніяў; але ёсць надзея, што ён дасць асновы для больш глыбокага разумення бізнесу крэмніевых пласцін.
Суадносіны попыту і прапановы на крэмніевыя пласціны
Рынак крэмніевых пласцін дамінуюць чатыры кампаніі. Доўгі час рынак знаходзіўся ў стане далікатнага балансу паміж попытам і прапановай.
Зніжэнне продажаў паўправаднікоў у 2023 годзе прывяло да празмернай прапановы на рынку, што прывяло да высокіх унутраных і знешніх запасаў вытворцаў чыпаў. Аднак гэта толькі часовая сітуацыя. Па меры аднаўлення рынку галіна неўзабаве вернецца да мяжы магутнасцей і будзе вымушана задаволіць дадатковы попыт, выкліканы рэвалюцыяй штучнага інтэлекту. Пераход ад традыцыйнай архітэктуры на базе працэсара да паскораных вылічэнняў паўплывае на ўсю галіну, а таксама на нізкакаштоўныя сегменты паўправадніковай прамысловасці.
Архітэктуры графічных працэсараў (GPU) патрабуюць большай плошчы крэмнію
Па меры росту попыту на прадукцыйнасць, вытворцы графічных працэсараў павінны пераадолець некаторыя канструктыўныя абмежаванні, каб дасягнуць больш высокай прадукцыйнасці ад графічных працэсараў. Відавочна, што павелічэнне памеру чыпа — адзін са спосабаў дасягнуць больш высокай прадукцыйнасці, бо электроны не любяць пераадольваць вялікія адлегласці паміж рознымі чыпамі, што абмяжоўвае прадукцыйнасць. Аднак існуе практычнае абмежаванне на павелічэнне памеру чыпа, вядомае як «абмежаванне сятчаткі».
Ліміт літаграфіі адносіцца да максімальнага памеру чыпа, які можа быць экспанаваны за адзін крок у літаграфічнай машыне, якая выкарыстоўваецца ў вытворчасці паўправаднікоў. Гэта абмежаванне вызначаецца максімальным памерам магнітнага поля літаграфічнага абсталявання, асабліва крокавага рухавіка або сканера, якія выкарыстоўваюцца ў працэсе літаграфіі. Для найноўшых тэхналогій ліміт маскі звычайна складае каля 858 квадратных міліметраў. Гэта абмежаванне памеру вельмі важна, таму што яно вызначае максімальную плошчу, на якую можна нанесці малюнак на пласціну за адну экспазіцыя. Калі пласціна большая за гэтую мяжу, для поўнага нанясення малюнка на пласціну спатрэбіцца некалькі экспазіцый, што непрактычна для масавай вытворчасці з-за складанасці і праблем з выраўноўваннем. Новы GB200 пераадолее гэта абмежаванне, аб'яднаўшы дзве падложкі чыпа з абмежаваннямі памеру часціц у крэмніевы прамежкавы пласт, утвараючы падложку з абмежаваннем памеру часціц, якая ўдвая большая. Іншымі абмежаваннямі прадукцыйнасці з'яўляюцца аб'ём памяці і адлегласць да гэтай памяці (г.зн. прапускная здольнасць памяці). Новыя архітэктуры графічных працэсараў пераадольваюць гэтую праблему, выкарыстоўваючы шматслаёвую памяць з высокай прапускной здольнасцю (HBM), якая ўсталявана на адным крэмніевым прамежкавым элементе з двума чыпамі графічнага працэсара. З пункту гледжання крэмнію, праблема HBM заключаецца ў тым, што плошча кожнага біта крэмнію ўдвая перавышае плошчу традыцыйнай DRAM з-за высокапаралельнага інтэрфейсу, неабходнага для высокай прапускной здольнасці. HBM таксама інтэгруе чып лагічнага кіравання ў кожны стэк, павялічваючы плошчу крэмнію. Прыблізны разлік паказвае, што плошча крэмнію, якая выкарыстоўваецца ў архітэктуры 2.5D GPU, у 2,5-3 разы перавышае плошчу традыцыйнай архітэктуры 2.0D. Як ужо згадвалася раней, калі ліцейныя кампаніі не будуць гатовыя да гэтай змены, магутнасці крэмніевых пласцін могуць зноў стаць вельмі абмежаванымі.
Будучая ёмістасць рынку крэмніевых пласцін
Першы з трох законаў вытворчасці паўправаднікоў заключаецца ў тым, што найбольш грошай трэба ўкладваць, калі даступна найменш грошай. Гэта звязана з цыклічным характарам галіны, і паўправадніковым кампаніям цяжка прытрымлівацца гэтага правіла. Як паказана на малюнку, большасць вытворцаў крэмніевых пласцін усвядомілі ўплыў гэтых змен і амаль утрая павялічылі свае агульныя квартальныя капітальныя выдаткі за апошнія некалькі кварталаў. Нягледзячы на складаныя рынкавыя ўмовы, гэта ўсё яшчэ так. Яшчэ больш цікава тое, што гэтая тэндэнцыя працягваецца ўжо даўно. Кампаніям, якія вырабляюць крэмніевыя пласціны, пашанцавала, альбо яны ведаюць нешта такое, чаго не ведаюць іншыя. Ланцужок паставак паўправаднікоў — гэта машына часу, якая можа прадказваць будучыню. Ваша будучыня можа быць чыімсьці мінулым. Хоць мы не заўсёды атрымліваем адказы, мы амаль заўсёды атрымліваем важныя пытанні.
Час публікацыі: 17 чэрвеня 2024 г.