उद्योग बातम्या: जीपीयू सिलिकॉन वेफरची मागणी वाढवते

ऑक्सिजन नंतर सिलिकॉन ही पृथ्वीवरील दुसरी सर्वात सामान्य सामग्री आहे आणि विश्वातील सातवा सर्वात सामान्य सामग्री आहे. सिलिकॉन एक सेमीकंडक्टर आहे, म्हणजे त्यात कंडक्टर (जसे की तांबे) आणि इन्सुलेटर (जसे की काच) दरम्यान विद्युत गुणधर्म आहेत. सिलिकॉन संरचनेत थोड्या प्रमाणात परदेशी अणू मूलभूतपणे त्याचे वर्तन बदलू शकतात, म्हणून सेमीकंडक्टर-ग्रेड सिलिकॉनची शुद्धता आश्चर्यकारकपणे उच्च असणे आवश्यक आहे. इलेक्ट्रॉनिक-ग्रेड सिलिकॉनसाठी स्वीकार्य किमान शुद्धता 99.9999999%आहे.

याचा अर्थ असा की प्रत्येक दहा अब्ज अणूंसाठी केवळ एक सिलिकॉन अणूला परवानगी आहे. चांगले पिण्याचे पाणी 40 दशलक्ष नॉन-वॉटर रेणूंना परवानगी देते, जे सेमीकंडक्टर-ग्रेड सिलिकॉनपेक्षा 50 दशलक्ष पट कमी आहे.

रिक्त सिलिकॉन वेफर उत्पादकांनी उच्च-शुद्धता सिलिकॉनला परिपूर्ण सिंगल-क्रिस्टल स्ट्रक्चर्समध्ये रूपांतरित केले पाहिजे. हे योग्य तापमानात पिघळलेल्या सिलिकॉनमध्ये एकल मदर क्रिस्टलची ओळख करुन दिली जाते. नवीन मुलगी क्रिस्टल्स मदर क्रिस्टलच्या भोवती वाढू लागतात, सिलिकॉन इनगॉट हळू हळू पिघळलेल्या सिलिकॉनमधून तयार होतो. प्रक्रिया मंद आहे आणि एक आठवडा लागू शकेल. तयार सिलिकॉन इंगॉटचे वजन सुमारे 100 किलोग्रॅम आहे आणि 3,000 पेक्षा जास्त वेफर्स बनवू शकतात.

वेफर्स अत्यंत बारीक डायमंड वायरचा वापर करून पातळ कापात कापले जातात. सिलिकॉन कटिंग टूल्सची सुस्पष्टता खूप जास्त आहे आणि ऑपरेटरचे सतत निरीक्षण केले जाणे आवश्यक आहे किंवा ते त्यांच्या केसांवर मूर्ख गोष्टी करण्यासाठी साधनांचा वापर करण्यास सुरवात करतील. सिलिकॉन वेफर्सच्या निर्मितीची थोडक्यात ओळख खूप सरलीकृत आहे आणि अलौकिक बुद्धिमत्तेच्या योगदानाचे पूर्णपणे श्रेय देत नाही; परंतु सिलिकॉन वेफर व्यवसायाच्या सखोल समजण्यासाठी पार्श्वभूमी प्रदान करण्याची आशा आहे.

सिलिकॉन वेफरचा पुरवठा आणि मागणी संबंध

सिलिकॉन वेफर मार्केटमध्ये चार कंपन्यांचे वर्चस्व आहे. बर्‍याच काळापासून बाजारपेठ पुरवठा आणि मागणी यांच्यात नाजूक संतुलनात आहे.
२०२23 मध्ये सेमीकंडक्टरच्या विक्रीत घट झाल्यामुळे बाजारपेठ ओव्हरस्प्लीच्या स्थितीत झाली आहे, ज्यामुळे चिप उत्पादकांच्या अंतर्गत आणि बाह्य यादी जास्त झाली आहे. तथापि, ही केवळ एक तात्पुरती परिस्थिती आहे. बाजारपेठ सावरत असताना, उद्योग लवकरच क्षमतेच्या काठावर परत येईल आणि एआय क्रांतीने आणलेल्या अतिरिक्त मागणीची पूर्तता करणे आवश्यक आहे. पारंपारिक सीपीयू-आधारित आर्किटेक्चरपासून प्रवेगक संगणकीय संक्रमणाचा संपूर्ण उद्योगावर परिणाम होईल, तथापि, याचा परिणाम सेमीकंडक्टर उद्योगाच्या निम्न-मूल्यांच्या विभागांवर होऊ शकतो.

ग्राफिक्स प्रोसेसिंग युनिट (जीपीयू) आर्किटेक्चर्सना अधिक सिलिकॉन क्षेत्र आवश्यक आहे

कामगिरीची मागणी वाढत असताना, जीपीयू उत्पादकांनी जीपीयूकडून उच्च कार्यक्षमता मिळविण्यासाठी काही डिझाइन मर्यादा दूर केल्या पाहिजेत. अर्थात, चिपला मोठे बनविणे हा उच्च कार्यक्षमता मिळविण्याचा एक मार्ग आहे, कारण इलेक्ट्रॉन वेगवेगळ्या चिप्स दरम्यान लांब पल्ल्याचा प्रवास करण्यास आवडत नाहीत, जे कार्यक्षमता मर्यादित करते. तथापि, "रेटिना मर्यादा" म्हणून ओळखल्या जाणार्‍या चिपला मोठे बनविण्याची व्यावहारिक मर्यादा आहे.

लिथोग्राफी मर्यादा एका चिपच्या जास्तीत जास्त आकाराचा संदर्भ देते जी सेमीकंडक्टर मॅन्युफॅक्चरिंगमध्ये वापरल्या जाणार्‍या लिथोग्राफी मशीनच्या एकाच चरणात उघडकीस आणली जाऊ शकते. ही मर्यादा लिथोग्राफी उपकरणांच्या जास्तीत जास्त चुंबकीय क्षेत्राच्या आकाराद्वारे निश्चित केली जाते, विशेषत: लिथोग्राफी प्रक्रियेमध्ये वापरल्या जाणार्‍या स्टीपर किंवा स्कॅनर. नवीनतम तंत्रज्ञानासाठी, मुखवटा मर्यादा सामान्यत: 858 चौरस मिलिमीटरच्या आसपास असते. या आकाराची मर्यादा खूप महत्वाची आहे कारण ती एकाच प्रदर्शनात वेफरवर नमुना बनविलेले जास्तीत जास्त क्षेत्र निर्धारित करते. जर वेफर या मर्यादेपेक्षा मोठे असेल तर, वेफरची पूर्णपणे नमुना घेण्यासाठी एकाधिक एक्सपोजरची आवश्यकता असेल, जे जटिलता आणि संरेखन आव्हानांमुळे मोठ्या प्रमाणात उत्पादनासाठी अव्यवहार्य आहे. नवीन जीबी 200 सिलिकॉन इंटरलेयरमध्ये कण आकाराच्या मर्यादांसह दोन चिप सब्सट्रेट्स एकत्रित करून या मर्यादेवर मात करेल, एक सुपर-कण-मर्यादित सब्सट्रेट तयार करेल जो दुप्पट आहे. इतर कामगिरी मर्यादा म्हणजे मेमरीचे प्रमाण आणि त्या मेमरीचे अंतर (म्हणजे मेमरी बँडविड्थ). नवीन जीपीयू आर्किटेक्चर दोन जीपीयू चिप्ससह समान सिलिकॉन इंटरपोजरवर स्थापित केलेल्या स्टॅक केलेल्या उच्च-बँडविड्थ मेमरी (एचबीएम) चा वापर करून या समस्येवर मात करतात. सिलिकॉनच्या दृष्टीकोनातून, एचबीएमची समस्या अशी आहे की उच्च बँडविड्थसाठी आवश्यक असलेल्या उच्च-समांतर इंटरफेसमुळे सिलिकॉन क्षेत्राचा प्रत्येक भाग पारंपारिक डीआरएएमपेक्षा दुप्पट आहे. एचबीएम प्रत्येक स्टॅकमध्ये लॉजिक कंट्रोल चिप देखील समाकलित करते, सिलिकॉन क्षेत्र वाढवते. एक खडबडीत गणना दर्शविते की पारंपारिक 2.0 डी आर्किटेक्चरच्या 2.5 डी जीपीयू आर्किटेक्चरमध्ये वापरलेले सिलिकॉन क्षेत्र 2.5 ते 3 पट आहे. आधी नमूद केल्याप्रमाणे, या बदलासाठी फाउंड्री कंपन्या तयार केल्याशिवाय सिलिकॉन वेफर क्षमता पुन्हा खूप घट्ट होऊ शकते.

सिलिकॉन वेफर मार्केटची भविष्यातील क्षमता

सेमीकंडक्टर मॅन्युफॅक्चरिंगच्या तीन कायद्यांपैकी प्रथम म्हणजे जेव्हा कमीतकमी पैसे उपलब्ध असतात तेव्हा सर्वात जास्त पैशांची गुंतवणूक करणे आवश्यक असते. हे उद्योगाच्या चक्रीय स्वरूपामुळे आहे आणि सेमीकंडक्टर कंपन्यांना या नियमांचे अनुसरण करणे फारच कठीण आहे. आकृतीमध्ये दर्शविल्याप्रमाणे, बहुतेक सिलिकॉन वेफर उत्पादकांनी या बदलाचा परिणाम ओळखला आहे आणि मागील काही तिमाहीत त्यांचे एकूण तिमाही भांडवली खर्च जवळजवळ तिप्पट केले आहे. बाजारपेठेतील कठीण परिस्थिती असूनही, अद्यापही असे आहे. सर्वात मनोरंजक गोष्ट म्हणजे हा ट्रेंड बर्‍याच काळापासून चालू आहे. सिलिकॉन वेफर कंपन्या भाग्यवान आहेत किंवा इतरांना असे काहीतरी माहित नाही. सेमीकंडक्टर सप्लाय चेन ही एक टाइम मशीन आहे जी भविष्याचा अंदाज घेऊ शकते. आपले भविष्य एखाद्याचे भूतकाळ असू शकते. आम्हाला नेहमीच उत्तरे मिळत नाहीत, परंतु आम्हाला जवळजवळ नेहमीच फायदेशीर प्रश्न मिळतात.