Tedarik zincirinin derinliklerinde, bazı sihirbazlar kumu mükemmel elmas yapılı silikon kristal disklerine dönüştürüyor; bu diskler tüm yarı iletken tedarik zinciri için hayati önem taşıyor. Bunlar, "silikon kumu"nun değerini neredeyse bin kat artıran yarı iletken tedarik zincirinin bir parçası. Sahilde gördüğünüz hafif parıltı silikondur. Silikon, kırılganlığı ve katı metal benzeri (metalik ve metalik olmayan özellikler) özellikleri olan karmaşık bir kristaldir. Silikon her yerde bulunur.
Silisyum, oksijenden sonra Dünya'da en yaygın ikinci, evrende ise yedinci en yaygın maddedir. Silisyum bir yarı iletkendir; yani iletkenler (bakır gibi) ve yalıtkanlar (cam gibi) arasında elektriksel özelliklere sahiptir. Silisyum yapısındaki az miktarda yabancı atom, davranışını temelden değiştirebilir; bu nedenle yarı iletken sınıfı silisyumun saflığı inanılmaz derecede yüksek olmalıdır. Elektronik sınıfı silisyum için kabul edilebilir minimum saflık %99,999999'dur.
Bu, her on milyar atom için yalnızca bir silikon dışı atomun bulunmasına izin verildiği anlamına gelir. İyi içme suyu, 40 milyon su dışı moleküle izin verir; bu da yarı iletken sınıfı silikondan 50 milyon kat daha az saftır.
Silikon levha üreticileri, yüksek saflıktaki silikonu mükemmel tek kristalli yapılara dönüştürmek zorundadır. Bu işlem, uygun sıcaklıkta erimiş silikona tek bir ana kristal yerleştirilerek yapılır. Ana kristalin etrafında yeni yavru kristaller büyümeye başladıkça, silikon külçesi erimiş silikondan yavaşça oluşur. Bu süreç yavaştır ve bir hafta sürebilir. Bitmiş silikon külçesi yaklaşık 100 kilogram ağırlığındadır ve 3.000'den fazla levha üretebilir.
Silikon levhalar, çok ince elmas tel kullanılarak ince dilimler halinde kesilir. Silikon kesme aletlerinin hassasiyeti çok yüksektir ve operatörler sürekli olarak gözetim altında tutulmalıdır, aksi takdirde aletleri saçlarına saçma sapan şeyler yapmak için kullanmaya başlayabilirler. Silikon levha üretiminin kısa tanıtımı çok basitleştirilmiş olup dâhilerin katkılarını tam olarak yansıtmamaktadır; ancak silikon levha işine dair daha derin bir anlayış için bir temel oluşturması umulmaktadır.
Silikon levhaların arz ve talep ilişkisi
Silikon levha piyasasına dört şirket hakim durumda. Piyasa uzun zamandır arz ve talep arasında hassas bir denge içinde.
2023 yılında yarı iletken satışlarındaki düşüş, piyasanın arz fazlalığı durumuna girmesine ve çip üreticilerinin iç ve dış stoklarının yüksek olmasına yol açtı. Ancak bu sadece geçici bir durum. Piyasa toparlandıkça, sektör yakında kapasite sınırına geri dönecek ve yapay zeka devriminin getirdiği ek talebi karşılamak zorunda kalacak. Geleneksel CPU tabanlı mimariden hızlandırılmış hesaplamaya geçiş, tüm sektörü etkileyecektir; ancak bu durum, yarı iletken sektörünün düşük değerli segmentlerini etkileyebilir.
Grafik İşlem Birimi (GPU) mimarileri daha fazla silikon alanı gerektirir.
Performans talebi arttıkça, GPU üreticileri GPU'lardan daha yüksek performans elde etmek için bazı tasarım sınırlamalarının üstesinden gelmek zorundadır. Açıkçası, çipi daha büyük yapmak, daha yüksek performans elde etmenin bir yoludur, çünkü elektronlar farklı çipler arasında uzun mesafeler kat etmeyi sevmez ve bu da performansı sınırlar. Bununla birlikte, çipi daha büyük yapmanın pratik bir sınırlaması vardır, bu da "retina sınırı" olarak bilinir.
Litografi limiti, yarı iletken üretiminde kullanılan bir litografi makinesinde tek bir adımda pozlanabilen çipin maksimum boyutunu ifade eder. Bu sınırlama, litografi ekipmanının, özellikle litografi işleminde kullanılan stepper veya tarayıcının maksimum manyetik alan boyutu tarafından belirlenir. En yeni teknoloji için maske limiti genellikle yaklaşık 858 milimetre karedir. Bu boyut sınırlaması çok önemlidir çünkü tek bir pozlamada gofret üzerinde desenlenebilecek maksimum alanı belirler. Gofret bu limitten daha büyükse, gofretin tamamen desenlenmesi için birden fazla pozlama gerekecektir; bu da karmaşıklık ve hizalama zorlukları nedeniyle seri üretim için pratik değildir. Yeni GB200, parçacık boyutu sınırlamalarına sahip iki çip alt tabakasını bir silikon ara katmanında birleştirerek, iki kat daha büyük süper parçacık sınırlı bir alt tabaka oluşturarak bu sınırlamanın üstesinden gelecektir. Diğer performans sınırlamaları ise bellek miktarı ve bu belleğe olan mesafedir (yani bellek bant genişliği). Yeni GPU mimarileri, iki GPU çipiyle aynı silikon ara katmanına yerleştirilen yığılmış yüksek bant genişliğine sahip bellek (HBM) kullanarak bu sorunun üstesinden geliyor. Silikon açısından bakıldığında, HBM'nin sorunu, yüksek bant genişliği için gerekli olan yüksek paralel arayüz nedeniyle her bir silikon alanının geleneksel DRAM'in iki katı olmasıdır. HBM ayrıca her yığına bir mantık kontrol çipi entegre ederek silikon alanını artırır. Kabaca bir hesaplama, 2.5D GPU mimarisinde kullanılan silikon alanının geleneksel 2.0D mimarisine göre 2,5 ila 3 kat daha fazla olduğunu göstermektedir. Daha önce de belirtildiği gibi, dökümhane şirketleri bu değişime hazır olmadıkları takdirde, silikon gofret kapasitesi tekrar çok kısıtlı hale gelebilir.
Silikon gofret pazarının gelecekteki kapasitesi
Yarı iletken üretiminin üç kuralından ilki, en az para mevcutken en çok paranın yatırılması gerektiğidir. Bu, sektörün döngüsel doğasından kaynaklanmaktadır ve yarı iletken şirketleri bu kurala uymakta zorlanmaktadır. Şekilde gösterildiği gibi, çoğu silikon levha üreticisi bu değişimin etkisini fark etmiş ve son birkaç çeyrekte toplam çeyreklik sermaye harcamalarını neredeyse üç katına çıkarmıştır. Zorlu piyasa koşullarına rağmen, durum hala böyledir. Daha da ilginç olanı, bu trendin uzun zamandır devam ediyor olmasıdır. Silikon levha şirketleri şanslıdır veya başkalarının bilmediği bir şeyi biliyorlar. Yarı iletken tedarik zinciri, geleceği tahmin edebilen bir zaman makinesidir. Sizin geleceğiniz, başkasının geçmişi olabilir. Her zaman cevap alamasak da, neredeyse her zaman değerli sorularla karşılaşıyoruz.
Yayın tarihi: 17 Haz-2024