En lo más profundo de la cadena de suministro, algunos magos convierten la arena en perfectos discos de cristal de silicio con estructura de diamante, que son esenciales para toda la cadena de suministro de semiconductores.Forman parte de la cadena de suministro de semiconductores que aumenta el valor de la "arena de silicio" casi mil veces.El tenue resplandor que ves en la playa es de silicio.El silicio es un cristal complejo, frágil y de aspecto metálico sólido (propiedades metálicas y no metálicas).El silicio está en todas partes.
El silicio es el segundo material más común en la Tierra, después del oxígeno, y el séptimo material más común en el universo.El silicio es un semiconductor, lo que significa que tiene propiedades eléctricas entre conductores (como el cobre) y aislantes (como el vidrio).Una pequeña cantidad de átomos extraños en la estructura del silicio puede cambiar fundamentalmente su comportamiento, por lo que la pureza del silicio de grado semiconductor debe ser sorprendentemente alta.La pureza mínima aceptable para el silicio de grado electrónico es del 99,999999%.
Esto significa que sólo se permite un átomo que no sea de silicio por cada diez mil millones de átomos.El agua potable de buena calidad permite 40 millones de moléculas distintas del agua, que es 50 millones de veces menos pura que el silicio de grado semiconductor.
Los fabricantes de obleas de silicio en blanco deben convertir el silicio de alta pureza en estructuras monocristalinas perfectas.Esto se hace introduciendo un único cristal madre en silicio fundido a la temperatura adecuada.A medida que nuevos cristales hijos comienzan a crecer alrededor del cristal madre, el lingote de silicio se forma lentamente a partir del silicio fundido.El proceso es lento y puede tardar una semana.El lingote de silicio terminado pesa unos 100 kilogramos y puede producir más de 3.000 obleas.
Las galletas se cortan en láminas finas con hilo de diamante muy fino.La precisión de las herramientas de corte de silicio es muy alta y los operadores deben ser monitoreados constantemente, o comenzarán a usar las herramientas para hacer tonterías con su cabello.La breve introducción a la producción de obleas de silicio es demasiado simplificada y no da crédito plenamente a las contribuciones de los genios;pero se espera que sirva de base para una comprensión más profunda del negocio de las obleas de silicio.
La relación de oferta y demanda de obleas de silicio.
El mercado de las obleas de silicio está dominado por cuatro empresas.Durante mucho tiempo, el mercado se encuentra en un delicado equilibrio entre oferta y demanda.
La caída de las ventas de semiconductores en 2023 ha llevado al mercado a un estado de exceso de oferta, lo que ha provocado que los inventarios internos y externos de los fabricantes de chips sean elevados.Sin embargo, esta es sólo una situación temporal.A medida que el mercado se recupere, la industria pronto volverá al límite de su capacidad y deberá satisfacer la demanda adicional provocada por la revolución de la IA.La transición de la arquitectura tradicional basada en CPU a la computación acelerada tendrá un impacto en toda la industria, pero también puede tener un impacto en los segmentos de bajo valor de la industria de los semiconductores.
Las arquitecturas de unidad de procesamiento de gráficos (GPU) requieren más área de silicio
A medida que aumenta la demanda de rendimiento, los fabricantes de GPU deben superar algunas limitaciones de diseño para lograr un mayor rendimiento de las GPU.Obviamente, hacer que el chip sea más grande es una forma de lograr un mayor rendimiento, ya que a los electrones no les gusta viajar largas distancias entre diferentes chips, lo que limita el rendimiento.Sin embargo, existe una limitación práctica para agrandar el chip, conocida como "límite de retina".
El límite de litografía se refiere al tamaño máximo de un chip que puede exponerse en un solo paso en una máquina de litografía utilizada en la fabricación de semiconductores.Esta limitación está determinada por el tamaño máximo del campo magnético del equipo de litografía, especialmente el paso a paso o el escáner utilizado en el proceso de litografía.Para la última tecnología, el límite de la mascarilla suele rondar los 858 milímetros cuadrados.Esta limitación de tamaño es muy importante porque determina el área máxima que se puede modelar en la oblea en una sola exposición.Si la oblea es más grande que este límite, se necesitarán múltiples exposiciones para modelar completamente la oblea, lo cual no es práctico para la producción en masa debido a la complejidad y los desafíos de alineación.El nuevo GB200 superará esta limitación combinando dos sustratos de chip con limitaciones de tamaño de partículas en una capa intermedia de silicio, formando un sustrato limitado por superpartículas que es dos veces más grande.Otras limitaciones de rendimiento son la cantidad de memoria y la distancia a esa memoria (es decir, el ancho de banda de la memoria).Las nuevas arquitecturas de GPU superan este problema mediante el uso de memoria apilada de gran ancho de banda (HBM) que se instala en el mismo intercalador de silicio con dos chips de GPU.Desde la perspectiva del silicio, el problema con HBM es que cada bit de área de silicio es el doble que la DRAM tradicional debido a la interfaz de alto paralelo requerida para un gran ancho de banda.HBM también integra un chip de control lógico en cada pila, aumentando el área de silicio.Un cálculo aproximado muestra que el área de silicio utilizada en la arquitectura de GPU 2.5D es de 2,5 a 3 veces mayor que la de la arquitectura 2.0D tradicional.Como se mencionó anteriormente, a menos que las empresas de fundición estén preparadas para este cambio, la capacidad de las obleas de silicio puede volver a ser muy escasa.
Capacidad futura del mercado de obleas de silicio
La primera de las tres leyes de la fabricación de semiconductores es que es necesario invertir la mayor cantidad de dinero cuando se dispone de la menor cantidad de dinero.Esto se debe a la naturaleza cíclica de la industria y a las empresas de semiconductores les resulta difícil seguir esta regla.Como se muestra en la figura, la mayoría de los fabricantes de obleas de silicio han reconocido el impacto de este cambio y casi han triplicado sus gastos de capital trimestrales totales en los últimos trimestres.A pesar de las difíciles condiciones del mercado, esto sigue siendo así.Lo que es aún más interesante es que esta tendencia se viene produciendo desde hace mucho tiempo.Las empresas de obleas de silicio son afortunadas o saben algo que otras desconocen.La cadena de suministro de semiconductores es una máquina del tiempo que puede predecir el futuro.Tu futuro puede ser el pasado de otra persona.Si bien no siempre obtenemos respuestas, casi siempre recibimos preguntas que valen la pena.
Hora de publicación: 17 de junio de 2024