En les profunditats de la cadena de subministrament, alguns mags converteixen la sorra en discs de cristall de silici amb estructura de diamant perfectes, que són essencials per a tota la cadena de subministrament de semiconductors. Formen part de la cadena de subministrament de semiconductors que augmenta el valor de la "sorra de silici" gairebé mil vegades. La feble resplendor que es veu a la platja és silici. El silici és un cristall complex amb fragilitat i metall semblant al sòlid (propietats metàl·liques i no metàl·liques). El silici és a tot arreu.
El silici és el segon material més comú a la Terra, després de l'oxigen, i el setè material més comú a l'univers. El silici és un semiconductor, és a dir, té propietats elèctriques entre conductors (com el coure) i aïllants (com el vidre). Una petita quantitat d'àtoms estranys a l'estructura del silici pot canviar fonamentalment el seu comportament, per la qual cosa la puresa del silici de grau semiconductor ha de ser sorprenentment alta. La puresa mínima acceptable per al silici de grau electrònic és del 99,999999%.
Això significa que només es permet un àtom que no sigui de silici per cada deu mil milions d'àtoms. L'aigua potable permet 40 milions de molècules que no són d'aigua, cosa que és 50 milions de vegades menys pura que el silici de grau semiconductor.
Els fabricants d'oblies de silici en blanc han de convertir el silici d'alta puresa en estructures monocristallines perfectes. Això es fa introduint un cristall mare únic en silici fos a la temperatura adequada. A mesura que nous cristalls fills comencen a créixer al voltant del cristall mare, el lingot de silici es forma lentament a partir del silici fos. El procés és lent i pot trigar una setmana. El lingot de silici acabat pesa uns 100 quilograms i pot fer més de 3.000 oblies.
Les oblies es tallen a rodanxes fines amb fil de diamant molt fi. La precisió de les eines de tall de silici és molt alta i els operadors han de ser supervisats constantment, o començaran a utilitzar les eines per fer-se ximpleries als cabells. La breu introducció a la producció d'oblies de silici és massa simplificada i no reconeix completament les contribucions dels genis; però s'espera proporcionar una base per a una comprensió més profunda del negoci de les oblies de silici.
La relació entre l'oferta i la demanda de les oblies de silici
El mercat de les oblies de silici està dominat per quatre empreses. Durant molt de temps, el mercat ha estat en un delicat equilibri entre l'oferta i la demanda.
La disminució de les vendes de semiconductors el 2023 ha portat el mercat a un estat d'excés d'oferta, cosa que ha provocat que els inventaris interns i externs dels fabricants de xips siguin elevats. Tanmateix, aquesta és només una situació temporal. A mesura que el mercat es recuperi, la indústria aviat tornarà al límit de la capacitat i haurà de satisfer la demanda addicional provocada per la revolució de la IA. La transició de l'arquitectura tradicional basada en CPU a la computació accelerada tindrà un impacte en tota la indústria, ja que, tanmateix, això pot tenir un impacte en els segments de baix valor de la indústria dels semiconductors.
Les arquitectures de la unitat de processament gràfic (GPU) requereixen més àrea de silici
A mesura que augmenta la demanda de rendiment, els fabricants de GPU han de superar algunes limitacions de disseny per aconseguir un rendiment més alt de les GPU. Òbviament, fer que el xip sigui més gran és una manera d'aconseguir un rendiment més alt, ja que als electrons no els agrada viatjar llargues distàncies entre diferents xips, cosa que limita el rendiment. Tanmateix, hi ha una limitació pràctica per fer que el xip sigui més gran, coneguda com a "límit de la retina".
El límit de litografia fa referència a la mida màxima d'un xip que es pot exposar en un sol pas en una màquina de litografia utilitzada en la fabricació de semiconductors. Aquesta limitació està determinada per la mida màxima del camp magnètic de l'equip de litografia, especialment el motor pas a pas o l'escàner utilitzat en el procés de litografia. Per a la tecnologia més recent, el límit de màscara sol ser d'uns 858 mil·límetres quadrats. Aquesta limitació de mida és molt important perquè determina l'àrea màxima que es pot modelar a l'oblia en una sola exposició. Si l'oblia és més gran que aquest límit, caldran múltiples exposicions per modelar completament l'oblia, cosa que no és pràctica per a la producció en massa a causa de la complexitat i els reptes d'alineació. El nou GB200 superarà aquesta limitació combinant dos substrats de xip amb limitacions de mida de partícula en una intercapa de silici, formant un substrat superlimitat en partícules que és el doble de gran. Altres limitacions de rendiment són la quantitat de memòria i la distància a aquesta memòria (és a dir, l'ample de banda de la memòria). Les noves arquitectures de GPU superen aquest problema mitjançant l'ús de memòria d'ample de banda elevat (HBM) apilada que s'instal·la al mateix interpositor de silici amb dos xips de GPU. Des d'una perspectiva de silici, el problema amb HBM és que cada bit d'àrea de silici és el doble que la de la DRAM tradicional a causa de la interfície d'alt paral·lel necessària per a un ample de banda elevat. HBM també integra un xip de control lògic a cada pila, augmentant l'àrea de silici. Un càlcul aproximat mostra que l'àrea de silici utilitzada en l'arquitectura GPU 2.5D és de 2,5 a 3 vegades superior a la de l'arquitectura 2.0D tradicional. Com s'ha esmentat anteriorment, tret que les empreses de foneria estiguin preparades per a aquest canvi, la capacitat de les oblies de silici pot tornar a ser molt limitada.
Capacitat futura del mercat de les oblies de silici
La primera de les tres lleis de la fabricació de semiconductors és que cal invertir més diners quan hi ha menys diners disponibles. Això es deu a la naturalesa cíclica de la indústria, i les empreses de semiconductors tenen dificultats per seguir aquesta regla. Com es mostra a la figura, la majoria dels fabricants d'oblies de silici han reconegut l'impacte d'aquest canvi i gairebé han triplicat les seves despeses de capital trimestrals totals en els darrers trimestres. Malgrat les difícils condicions del mercat, això continua sent així. El que és encara més interessant és que aquesta tendència fa molt de temps que dura. Les empreses d'oblies de silici tenen sort o saben alguna cosa que altres no. La cadena de subministrament de semiconductors és una màquina del temps que pot predir el futur. El vostre futur pot ser el passat d'una altra persona. Tot i que no sempre obtenim respostes, gairebé sempre rebem preguntes que valen la pena.
Data de publicació: 17 de juny de 2024