Newyddion y Diwydiant: Mae GPU yn cynyddu'r galw am wafferi silicon

Silicon yw'r ail ddeunydd mwyaf cyffredin ar y Ddaear, ar ôl ocsigen, a'r seithfed deunydd mwyaf cyffredin yn y bydysawd. Mae silicon yn lled-ddargludydd, sy'n golygu bod ganddo briodweddau trydanol rhwng dargludyddion (fel copr) ac inswleidyddion (fel gwydr). Gall ychydig bach o atomau tramor yn strwythur y silicon newid ei ymddygiad yn sylfaenol, felly mae'n rhaid i burdeb silicon gradd lled-ddargludyddion fod yn rhyfeddol o uchel. Y purdeb lleiaf derbyniol ar gyfer silicon gradd electronig yw 99.999999%.

Mae hyn yn golygu mai dim ond un atom nad yw'n silicon sy'n cael ei ganiatáu am bob deg biliwn o atomau. Mae dŵr yfed da yn caniatáu 40 miliwn o foleciwlau nad ydynt yn ddŵr, sydd 50 miliwn gwaith yn llai pur na silicon gradd lled-ddargludyddion.

Rhaid i weithgynhyrchwyr wafferi silicon gwag drosi silicon purdeb uchel yn strwythurau grisial sengl perffaith. Gwneir hyn trwy gyflwyno grisial mam sengl i silicon tawdd ar y tymheredd priodol. Wrth i grisialau merch newydd ddechrau tyfu o amgylch y grisial mam, mae'r ingot silicon yn ffurfio'n araf o'r silicon tawdd. Mae'r broses yn araf a gall gymryd wythnos. Mae'r ingot silicon gorffenedig yn pwyso tua 100 cilogram a gall wneud dros 3,000 o wafferi.

Mae'r wafers yn cael eu torri'n dafelli tenau gan ddefnyddio gwifren ddiemwnt mân iawn. Mae cywirdeb yr offer torri silicon yn uchel iawn, a rhaid monitro gweithredwyr yn gyson, neu byddant yn dechrau defnyddio'r offer i wneud pethau gwirion i'w gwallt. Mae'r cyflwyniad byr i gynhyrchu wafers silicon wedi'i symleiddio'n ormodol ac nid yw'n rhoi clod llawn i gyfraniadau'r athrylithoedd; ond gobeithir y bydd yn darparu cefndir ar gyfer dealltwriaeth ddyfnach o fusnes y wafer silicon.

Y berthynas cyflenwad a galw am waferi silicon

Mae pedwar cwmni yn dominyddu marchnad wafers silicon. Ers amser maith, mae'r farchnad wedi bod mewn cydbwysedd bregus rhwng cyflenwad a galw.
Mae'r dirywiad mewn gwerthiannau lled-ddargludyddion yn 2023 wedi arwain y farchnad i fod mewn cyflwr o orgyflenwad, gan achosi i stocrestrau mewnol ac allanol gweithgynhyrchwyr sglodion fod yn uchel. Fodd bynnag, dim ond sefyllfa dros dro yw hon. Wrth i'r farchnad wella, bydd y diwydiant yn fuan yn dychwelyd i ymyl y capasiti a rhaid iddo fodloni'r galw ychwanegol a ddaw yn sgil chwyldro AI. Bydd y newid o bensaernïaeth draddodiadol sy'n seiliedig ar CPU i gyfrifiadura cyflymach yn cael effaith ar y diwydiant cyfan, gan y gallai hyn, fodd bynnag, gael effaith ar segmentau gwerth isel y diwydiant lled-ddargludyddion.

Mae pensaernïaethau Uned Prosesu Graffeg (GPU) angen mwy o arwynebedd silicon

Wrth i'r galw am berfformiad gynyddu, rhaid i weithgynhyrchwyr GPU oresgyn rhai cyfyngiadau dylunio i gyflawni perfformiad uwch gan GPUs. Yn amlwg, mae gwneud y sglodion yn fwy yn un ffordd o gyflawni perfformiad uwch, gan nad yw electronau'n hoffi teithio pellteroedd hir rhwng gwahanol sglodion, sy'n cyfyngu ar berfformiad. Fodd bynnag, mae cyfyngiad ymarferol i wneud y sglodion yn fwy, a elwir yn "derfyn y retina".

Mae'r terfyn lithograffeg yn cyfeirio at y maint mwyaf o sglodion y gellir ei amlygu mewn un cam mewn peiriant lithograffeg a ddefnyddir mewn gweithgynhyrchu lled-ddargludyddion. Pennir y cyfyngiad hwn gan faint mwyaf y maes magnetig o'r offer lithograffeg, yn enwedig y stepper neu'r sganiwr a ddefnyddir yn y broses lithograffeg. Ar gyfer y dechnoleg ddiweddaraf, mae'r terfyn mwgwd fel arfer tua 858 milimetr sgwâr. Mae'r cyfyngiad maint hwn yn bwysig iawn oherwydd ei fod yn pennu'r arwynebedd mwyaf y gellir ei batrymu ar y wafer mewn un amlygiad. Os yw'r wafer yn fwy na'r terfyn hwn, bydd angen amlygiadau lluosog i batrymu'r wafer yn llawn, sy'n anymarferol ar gyfer cynhyrchu màs oherwydd cymhlethdod a heriau alinio. Bydd y GB200 newydd yn goresgyn y cyfyngiad hwn trwy gyfuno dau swbstrad sglodion â chyfyngiadau maint gronynnau yn rhyng-haen silicon, gan ffurfio swbstrad uwch-gyfyngedig o ran gronynnau sydd ddwywaith mor fawr. Cyfyngiadau perfformiad eraill yw faint o gof a'r pellter i'r cof hwnnw (h.y. lled band cof). Mae pensaernïaethau GPU newydd yn goresgyn y broblem hon trwy ddefnyddio cof lled band uchel wedi'i bentyrru (HBM) sydd wedi'i osod ar yr un rhyngosodwr silicon â dau sglodion GPU. O safbwynt silicon, y broblem gyda HBM yw bod pob darn o arwynebedd silicon ddwywaith arwynebedd DRAM traddodiadol oherwydd y rhyngwyneb cyfochrog uchel sydd ei angen ar gyfer lled band uchel. Mae HBM hefyd yn integreiddio sglodion rheoli rhesymeg i bob pentwr, gan gynyddu'r arwynebedd silicon. Mae cyfrifiad bras yn dangos bod yr arwynebedd silicon a ddefnyddir mewn pensaernïaeth GPU 2.5D rhwng 2.5 a 3 gwaith arwynebedd y bensaernïaeth 2.0D draddodiadol. Fel y soniwyd yn gynharach, oni bai bod cwmnïau ffowndri yn barod ar gyfer y newid hwn, gall capasiti wafferi silicon ddod yn dynn iawn eto.

Capasiti marchnad wafer silicon yn y dyfodol

Y gyntaf o dair cyfraith gweithgynhyrchu lled-ddargludyddion yw bod angen buddsoddi'r mwyaf o arian pan fo'r lleiafswm o arian ar gael. Mae hyn oherwydd natur gylchol y diwydiant, ac mae cwmnïau lled-ddargludyddion yn cael trafferth dilyn y rheol hon. Fel y dangosir yn y ffigur, mae'r rhan fwyaf o weithgynhyrchwyr wafer silicon wedi cydnabod effaith y newid hwn ac wedi bron â threblu eu cyfanswm gwariant cyfalaf chwarterol yn ystod y chwarteri diwethaf. Er gwaethaf yr amodau anodd yn y farchnad, mae hyn yn dal i fod yn wir. Yr hyn sydd hyd yn oed yn fwy diddorol yw bod y duedd hon wedi bod yn digwydd ers amser maith. Mae cwmnïau wafer silicon yn ffodus neu'n gwybod rhywbeth nad yw eraill yn ei wybod. Mae'r gadwyn gyflenwi lled-ddargludyddion yn beiriant amser a all ragweld y dyfodol. Efallai mai eich dyfodol chi yw gorffennol rhywun arall. Er nad ydym bob amser yn cael atebion, rydym bron bob amser yn cael cwestiynau gwerth chweil.