En lo profundo de la cadena de suministro, algunos magos convierten la arena en perfectos discos de cristal de silicio estructurados con diamantes, que son esenciales para toda la cadena de suministro de semiconductores. Son parte de la cadena de suministro de semiconductores que aumenta el valor de la "arena de silicio" en casi miles de veces. El débil brillo que ves en la playa es el silicio. El silicio es un cristal complejo con fragilidad y metal 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 los aisladores (como el vidrio). Una pequeña cantidad de átomos extranjeros en la estructura de silicio puede cambiar fundamentalmente su comportamiento, por lo que la pureza del silicio de grado semiconductor debe ser asombrosamente alta. La pureza mínima aceptable para el silicio de grado electrónico es del 99.999999%.
Esto significa que solo se permite un átomo de no silicio por cada diez mil millones de átomos. El buen agua potable permite 40 millones de moléculas que no son de agua, que son 50 millones de veces menos puros que el silicio de grado semiconductor.
Los fabricantes de obleas de silicio en blanco deben convertir el silicio de alta pureza en estructuras simples de cristal perfectas. Esto se hace introduciendo un solo cristal madre en silicio fundido a la temperatura apropiada. A medida que los nuevos cristales de hija comienzan a crecer alrededor del cristal madre, el lingote de silicio se forma lentamente desde el silicio fundido. El proceso es lento y puede tomar una semana. El lingote de silicio terminado pesa unos 100 kilogramos y puede hacer más de 3.000 obleas.
Las obleas se cortan en rodajas finas con alambre 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 cosas tontas en su cabello. La breve introducción a la producción de obleas de silicio está demasiado simplificada y no acredita completamente las contribuciones de los genios; Pero se espera proporcionar un fondo para una comprensión más profunda del negocio de la oblea de silicio.
La relación de oferta y demanda de las obleas de silicio
El mercado de obleas de silicio está dominada por cuatro compañías. Durante mucho tiempo, el mercado ha estado en un delicado equilibrio entre la oferta y la demanda.
La disminución en las ventas de semiconductores en 2023 ha llevado al mercado a estar en un estado de exceso de oferta, lo que hace que los inventarios internos y externos de los fabricantes de chips sean altos. Sin embargo, esta es solo una situación temporal. A medida que el mercado se recupere, la industria pronto volverá al borde de la capacidad y debe satisfacer la demanda adicional provocada por la Revolución AI. La transición de la arquitectura tradicional basada en CPU a la informática acelerada tendrá un impacto en toda la industria, ya que esto puede tener un impacto en los segmentos de bajo valor de la industria de los semiconductores.
Las arquitecturas de la 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 hacer que el chip sea más grande, conocido como el "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 escáner utilizado en el proceso de litografía. Para la última tecnología, el límite de máscara suele ser de alrededor de 858 milímetros cuadrados. Esta limitación del 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 los desafíos de complejidad y alineación. El nuevo GB200 superará esta limitación al combinar dos sustratos de chips con limitaciones de tamaño de partícula en una capa intermedia de silicio, formando un sustrato de súper partículas limitadas que es dos veces más grande. Otras limitaciones de rendimiento son la cantidad de memoria y la distancia a esa memoria (es decir, ancho de banda de memoria). Las nuevas arquitecturas de GPU superan este problema mediante el uso de la memoria de alto ancho de banda apilada (HBM) que se instala en el mismo interposer de silicio con dos chips GPU. Desde una perspectiva de silicio, el problema con HBM es que cada bit de área de silicio es el doble que la DRAM tradicional debido a la interfaz alta paralela requerida para el alto 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 tradicional 2.0D. Como se mencionó anteriormente, a menos que las compañías de fundición estén preparadas para este cambio, la capacidad de la oblea de silicio puede volver a ser muy apretada.
Capacidad futura del mercado de obleas de silicio
La primera de las tres leyes de la fabricación de semiconductores es que la mayor cantidad de dinero debe invertirse cuando la menor cantidad de dinero está disponible. Esto se debe a la naturaleza cíclica de la industria, y las compañías de semiconductores tienen dificultades para 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, este sigue siendo el caso. Lo que es aún más interesante es que esta tendencia ha estado sucediendo durante mucho tiempo. Las empresas de obleas de silicio son afortunadas o saben algo que otros no. 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 tenemos respuestas, casi siempre tenemos preguntas que valen la pena.
Tiempo de publicación: junio de junio-2024