Tarneahela sügavuses muudavad mõned mustkunstnikud liiva täiuslikeks teemantstruktuuriga ränikristallketasteks, mis on kogu pooljuhtide tarneahela jaoks hädavajalikud. Nad on osa pooljuhtide tarneahelast, mis suurendab "räniliiva" väärtust ligi tuhat korda. Rannas nähtav nõrk kuma on räni. Räni on keeruline kristall, millel on haprus ja tahke metalli moodi omadused (metallilised ja mittemetallilised omadused). Räni on kõikjal.
Räni on Maal levinuim materjal pärast hapnikku ja universumis levinuim materjal seitsmes. Räni on pooljuht, mis tähendab, et sellel on elektrilised omadused juhtide (näiteks vask) ja isolaatorite (näiteks klaas) vahel. Väike kogus võõraid aatomeid räni struktuuris võib selle käitumist põhjalikult muuta, seega peab pooljuhtkvaliteediga räni puhtus olema hämmastavalt kõrge. Elektroonikakvaliteediga räni vastuvõetav minimaalne puhtus on 99,999999%.
See tähendab, et iga kümne miljardi aatomi kohta on lubatud ainult üks ränivaba aatom. Heas joogivees on lubatud 40 miljonit veevaba molekuli, mis on 50 miljonit korda vähem puhas kui pooljuhtide jaoks mõeldud räni puhul.
Tühjade räniplaatide tootjad peavad ülipuhta räni muutma täiuslikeks monokristallstruktuurideks. Seda tehakse, viies sula räni sisse sobival temperatuuril ühe emakristalli. Kui emakristalli ümber hakkavad kasvama uued tütarkristallid, moodustub sulast ränist aeglaselt räniplokk. Protsess on aeglane ja võib võtta nädala. Valmis räniplokk kaalub umbes 100 kilogrammi ja sellest saab valmistada üle 3000 plaadi.
Vahvlid lõigatakse väga peene teemanttraadi abil õhukesteks viiludeks. Räni lõikeriistade täpsus on väga kõrge ja operaatoreid tuleb pidevalt jälgida, vastasel juhul hakkavad nad tööriistu kasutama oma juustega tobedate asjade tegemiseks. Ränivahvlite tootmise lühike sissejuhatus on liiga lihtsustatud ega tunnusta geeniuste panust täielikult; kuid loodetakse anda tausta ränivahvlite äri sügavamaks mõistmiseks.
Räniplaatide pakkumise ja nõudluse suhe
Räniplaatide turgu domineerivad neli ettevõtet. Pikka aega on turg olnud õrnas tasakaalus pakkumise ja nõudluse vahel.
Pooljuhtide müügi langus 2023. aastal on viinud turu ülepakkumise seisundisse, mis põhjustab kiibitootjate sisemiste ja väliste varude kõrget taset. See on aga vaid ajutine olukord. Turu taastudes naaseb tööstusharu peagi võimsuse piirile ja peab rahuldama tehisintellekti revolutsioonist tulenevat lisanõudlust. Üleminek traditsiooniliselt protsessoripõhiselt arhitektuurilt kiirendatud andmetöötlusele mõjutab kogu tööstusharu, kuna see võib aga mõjutada pooljuhtide tööstuse madala väärtusega segmente.
Graafikaprotsessori (GPU) arhitektuurid vajavad rohkem ränipinda
Jõudlusnõudluse kasvades peavad graafikaprotsessorite tootjad ületama mõned disainipiirangud, et saavutada graafikaprotsessoritelt suurem jõudlus. Ilmselgelt on kiibi suuremaks muutmine üks viis suurema jõudluse saavutamiseks, kuna elektronidele ei meeldi läbida pikki vahemaid erinevate kiipide vahel, mis piirab jõudlust. Kiibi suuremaks muutmisel on aga praktiline piirang, mida tuntakse nn võrkkesta piiranguna.
Litograafia piirang viitab kiibi maksimaalsele suurusele, mida saab pooljuhtide tootmisel kasutatavas litograafiamasinas ühe sammuga säritada. Selle piirangu määrab litograafiaseadme, eriti litograafiaprotsessis kasutatava astmelise või skanneri maksimaalne magnetvälja suurus. Uusima tehnoloogia puhul on maski piirang tavaliselt umbes 858 ruutmillimeetrit. See suuruse piirang on väga oluline, kuna see määrab maksimaalse ala, mida saab ühe säritusega vahvlile mustrida. Kui vahvel on sellest piirist suurem, on vahvli täielikuks mustri loomiseks vaja mitut säritust, mis on masstootmise puhul keerukuse ja joondusprobleemide tõttu ebapraktiline. Uus GB200 ületab selle piirangu, ühendades kaks osakeste suuruse piiranguga kiibi substraati räni vahekihiks, moodustades kaks korda suurema superosakeste piiranguga substraadi. Muud jõudluspiirangud on mälu hulk ja kaugus sellest mälust (st mälu ribalaius). Uued GPU arhitektuurid ületavad selle probleemi, kasutades virnastatud suure ribalaiusega mälu (HBM), mis on paigaldatud samale räni vahekihile kahe GPU kiibiga. Räni seisukohast on HBM-i probleem see, et iga ränibitt on kaks korda suurem kui traditsioonilises DRAM-is, kuna suure ribalaiuse jaoks on vaja kõrget paralleelliidest. HBM integreerib igasse pinu ka loogikajuhtimiskiibi, suurendades räni pindala. Ligikaudse arvutuse kohaselt on 2,5D GPU arhitektuuris kasutatav räni pindala 2,5–3 korda suurem kui traditsioonilises 2,0D arhitektuuris. Nagu varem mainitud, võib räniplaatide maht taas väga napiks muutuda, kui valukojad pole selleks muutuseks valmis.
Räniplaatide turu tulevane tootmisvõimsus
Pooljuhtide tootmise kolmest seadusest esimene on see, et kõige rohkem raha tuleb investeerida siis, kui raha on kõige vähem saadaval. See on tingitud tööstusharu tsüklilisest olemusest ja pooljuhtide ettevõtetel on seda reeglit raske järgida. Nagu jooniselt näha, on enamik räniplaatide tootjaid selle muutuse mõju teadvustanud ja on viimase paari kvartali jooksul oma kvartali kapitalikulutusi peaaegu kolmekordistanud. Vaatamata keerulistele turutingimustele on see endiselt nii. Veelgi huvitavam on see, et see trend on kestnud juba pikka aega. Räniplaatide ettevõtted on õnnelikud või teavad midagi, mida teised ei tea. Pooljuhtide tarneahel on ajamasin, mis suudab tulevikku ennustada. Teie tulevik võib olla kellegi teise minevik. Kuigi me ei saa alati vastuseid, saame peaaegu alati väärtuslikke küsimusi.
Postituse aeg: 17. juuni 2024