Sektör Haberleri: GPU, silikon levhalara olan talebi artırıyor

Silikon, oksijenden sonra Dünya üzerinde en yaygın olarak bulunan ikinci, evrende ise yedinci en yaygın maddedir.Silikon bir yarı iletkendir, yani iletkenler (bakır gibi) ve yalıtkanlar (cam gibi) arasında elektriksel özelliklere sahiptir.Silikon yapısındaki az miktardaki yabancı atomlar, silikonun davranışını temelden değiştirebilir, bu nedenle yarı iletken dereceli silikonun saflığı şaşırtıcı derecede yüksek olmalıdır.Elektronik dereceli silikon için kabul edilebilir minimum saflık %99,999999'dur.

Bu, her on milyar atom için yalnızca bir silikon olmayan atoma izin verildiği anlamına gelir.İyi içme suyu, yarı iletken dereceli silikondan 50 milyon kat daha az saf olan 40 milyon su dışı moleküle izin verir.

Boş silikon plaka üreticilerinin yüksek saflıktaki silikonu mükemmel tek kristal yapılara dönüştürmesi gerekiyor.Bu, tek bir ana kristalin uygun sıcaklıkta erimiş silikona eklenmesiyle yapılır.Ana kristalin etrafında yeni kristaller büyümeye başladıkça, erimiş silikondan yavaş yavaş silikon külçe oluşur.İşlem yavaştır ve bir hafta sürebilir.Bitmiş silikon külçe yaklaşık 100 kilogram ağırlığında ve 3.000'den fazla levha üretebiliyor.

Gofretler çok ince elmas tel kullanılarak ince dilimler halinde kesilir.Silikon kesme aletlerinin hassasiyeti çok yüksektir ve operatörlerin sürekli izlenmesi gerekir, aksi takdirde aletleri saçlarına aptalca şeyler yapmak için kullanmaya başlayacaklardır.Silikon plakaların üretimine ilişkin kısa tanıtım çok basitleştirilmiştir ve dahilerin katkılarına tam olarak itibar etmemektedir;ancak silikon levha işinin daha derinlemesine anlaşılması için bir arka plan sağlaması umulmaktadır.

Silikon levhaların arz ve talep ilişkisi

Silikon levha pazarına dört şirket hakimdir.Piyasa uzun süredir arz ve talep arasında hassas bir denge içerisinde bulunuyor.
2023 yılında yarı iletken satışlarının azalması, pazarın arz fazlası durumuna girmesine ve çip üreticilerinin iç ve dış stoklarının yüksek olmasına neden oldu.Ancak bu yalnızca geçici bir durumdur.Pazar toparlandıkça, sektör yakında kapasite sınırına dönecek ve yapay zeka devriminin getirdiği ek talebi karşılamak zorunda kalacak.Geleneksel CPU tabanlı mimariden hızlandırılmış hesaplamaya geçişin tüm endüstri üzerinde etkisi olacaktır. Ancak bu, yarı iletken endüstrisinin düşük değerli segmentleri üzerinde de bir etkiye sahip olabilir.

Grafik İşleme Birimi (GPU) mimarileri daha fazla silikon alanı gerektirir

Performans talebi arttıkça GPU üreticilerinin GPU'lardan daha yüksek performans elde etmek için bazı tasarım sınırlamalarının üstesinden gelmesi gerekiyor.Açıkçası, çipi büyütmek daha yüksek performans elde etmenin bir yoludur, çünkü elektronlar farklı çipler arasında uzun mesafeler kat etmekten hoşlanmaz ve bu da performansı sınırlar.Ancak çipi büyütmenin "retina sınırı" olarak bilinen pratik bir sınırlaması vardır.

Litografi limiti, yarı iletken üretiminde kullanılan bir litografi makinesinde tek bir adımda açığa çıkarılabilecek çipin maksimum boyutunu ifade eder.Bu sınırlama, litografi ekipmanının, özellikle de litografi işleminde kullanılan step veya tarayıcının maksimum manyetik alan boyutu tarafından belirlenir.En son teknoloji için maske sınırı genellikle 858 milimetre kare civarındadır.Bu boyut sınırlaması çok önemlidir çünkü tek bir pozlamada levha üzerinde desenlenebilecek maksimum alanı belirler.Eğer levha bu sınırdan büyükse, levhanın tam olarak şekillendirilmesi için birden fazla pozlamaya ihtiyaç duyulacaktır; bu da karmaşıklık ve hizalama zorlukları nedeniyle seri üretim için pratik değildir.Yeni GB200, parçacık boyutu sınırlamalarına sahip iki yonga alt katmanını bir silikon ara katmanda birleştirerek, iki kat daha büyük, süper parçacıklarla sınırlı bir alt katman oluşturarak bu sınırlamanın üstesinden gelecektir.Diğer performans sınırlamaları, bellek miktarı ve bu belleğe olan mesafedir (yani bellek bant genişliği).Yeni GPU mimarileri, iki GPU yongasıyla aynı silikon aracıya takılan yığınlanmış yüksek bant genişlikli belleği (HBM) kullanarak bu sorunun üstesinden gelir.Silikon açısından bakıldığında, HBM'nin sorunu, yüksek bant genişliği için gereken yüksek paralel arayüz nedeniyle silikon alanının her bir bitinin geleneksel DRAM'in iki katı olmasıdır.HBM ayrıca her yığına bir mantık kontrol çipi entegre ederek silikon alanını artırır.Kaba bir hesaplama, 2.5D GPU mimarisinde kullanılan silikon alanının, geleneksel 2.0D mimarisine göre 2,5 ila 3 kat daha fazla olduğunu gösteriyor.Daha önce de belirtildiği gibi, dökümhane şirketleri bu değişime hazırlıklı olmadığı sürece silikon levha kapasitesi yeniden çok dar hale gelebilir.

Silikon levha pazarının gelecekteki kapasitesi

Yarı iletken üretiminin üç kanunundan ilki, en az paranın mevcut olduğu zamanda en fazla paranın yatırılması gerektiğidir.Bunun nedeni endüstrinin döngüsel doğasından kaynaklanmaktadır ve yarı iletken şirketleri bu kurala uymakta zorlanmaktadır.Şekilde gösterildiği gibi, çoğu silikon levha üreticisi bu değişikliğin etkisini fark etti ve son birkaç çeyrekte üç aylık toplam sermaye harcamalarını neredeyse üç katına çıkardı.Zorlu piyasa koşullarına rağmen bu durum hala devam ediyor.Daha da ilginci bu eğilimin uzun süredir devam ediyor olması.Silikon gofret şirketleri şanslı ya da başkalarının bilmediği bir şey biliyor.Yarı iletken tedarik zinciri geleceği tahmin edebilen bir zaman makinesidir.Geleceğiniz bir başkasının geçmişi olabilir.Her zaman cevap alamasak da neredeyse her zaman değerli sorularla karşılaşıyoruz.