Sügaval tarneahelas muudavad mõned mustkunstnikud liiva täiuslikeks teemantstruktuuriga ränikristallplaatideks, mis on kogu pooljuhtide tarneahela jaoks olulised.Need on osa pooljuhtide tarneahelast, mis suurendab "räniliiva" väärtust ligi tuhat korda.Nõrk kuma, mida rannas näete, on räni.Räni on hapruse ja tahke metalliga (metallilised ja mittemetallilised omadused) keeruline kristall.Räni on kõikjal.
Räni on Maal hapniku järel levinuim materjal ja universumis seitsmendal kohal.Räni on pooljuht, mis tähendab, et sellel on elektrilised omadused juhtide (nt vask) ja isolaatorite (nt klaas) vahel.Väike hulk võõraatomeid räni struktuuris võib selle käitumist põhjalikult muuta, mistõttu peab pooljuhtkvaliteediga räni puhtus olema hämmastavalt kõrge.Elektroonilise räni vastuvõetav minimaalne puhtusaste on 99,999999%.
See tähendab, et kümne miljardi aatomi kohta on lubatud ainult üks mitte-räni aatom.Hea joogivesi võimaldab 40 miljonit mitte-vee molekuli, mis on 50 miljonit korda vähem puhas kui pooljuhtkvaliteediga räni.
Tühjade räniplaatide tootjad peavad muutma kõrge puhtusastmega räni täiuslikeks ühekristallstruktuurideks.Seda tehakse üksiku emakristalli sisestamisega sularäni sobival temperatuuril.Kui emakristalli ümber hakkavad kasvama uued tütarkristallid, moodustub sularänist aeglaselt räni valuplokk.Protsess on aeglane ja võib kesta nädala.Valmis räni valuplokk kaalub umbes 100 kilogrammi ja sellest saab valmistada üle 3000 vahvli.
Vahvlid lõigatakse õhukesteks viiludeks, kasutades väga peenikest teemanttraati.Ränist lõikeriistade täpsus on väga kõrge ja operaatoreid tuleb pidevalt jälgida, vastasel juhul hakkavad nad tööriistu kasutama oma juustele rumalusi tegema.Ränivahvlite tootmise lühitutvustus on liiga lihtsustatud ega kajasta geeniuste panust täielikult;kuid loodetakse luua tausta räniplaatide äri sügavamaks mõistmiseks.
Räniplaatide pakkumise ja nõudluse suhe
Räniplaatide turul domineerivad neli ettevõtet.Turg on pikka aega olnud pakkumise ja nõudluse õrnas tasakaalus.
Pooljuhtide müügi langus 2023. aastal on viinud turu ülepakkumiseni, mistõttu on kiibitootjate sisemised ja välised varud suured.See on aga vaid ajutine olukord.Turu taastudes naaseb tööstus peagi võimsuse piirile ja peab vastama tehisintellekti revolutsioonist tulenevale lisanõudlusele.Üleminek traditsiooniliselt CPU-põhiselt arhitektuurilt kiirendatud andmetöötlusele avaldab mõju kogu tööstusele, kuna see võib aga avaldada mõju pooljuhtide tööstuse madala väärtusega segmentidele.
Graafikaprotsessori (GPU) arhitektuurid nõuavad rohkem ränipinda
Kuna nõudlus jõudluse järele kasvab, peavad GPU-tootjad ületama mõned disainipiirangud, et saavutada GPU-de suurem jõudlus.Ilmselgelt on kiibi suuremaks muutmine üks viis suurema jõudluse saavutamiseks, kuna elektronidele ei meeldi erinevate kiipide vahel pikki vahemaid läbida, mis piirab jõudlust.Kiibi suuremaks muutmisel on aga praktiline piirang, mida nimetatakse võrkkesta piiriks.
Litograafia piirang viitab kiibi maksimaalsele suurusele, mida saab pooljuhtide tootmisel kasutatavas litograafiamasinas ühe sammuga paljastada.Selle piirangu määrab litograafiaseadmete, eriti litograafiaprotsessis kasutatava stepperi või skanneri maksimaalne magnetvälja suurus.Uusima tehnoloogia puhul on maski piirmäär tavaliselt umbes 858 ruutmillimeetrit.See suurusepiirang on väga oluline, kuna see määrab maksimaalse ala, mida saab vahvlile ühe särituse korral mustristada.Kui vahvel on sellest piirist suurem, on vahvli täielikuks mustrimiseks vaja mitut säritust, mis on keerukuse ja joondusprobleemide tõttu masstootmise jaoks ebapraktiline.Uus GB200 ületab selle piirangu, ühendades kaks osakeste suuruse piiranguga kiibisubstraati räni vahekihiks, moodustades superosakeste sisaldusega substraadi, mis on kaks korda suurem.Muud jõudluspiirangud on mälu maht ja selle mälu kaugus (st mälu ribalaius).Uued GPU-arhitektuurid lahendavad selle probleemi, kasutades virnastatud suure ribalaiusega mälu (HBM), mis on installitud samale kahe GPU-kiibiga silikoonist interposerile.Räni vaatenurgast on HBM-i probleem selles, et iga biti räniala on kaks korda suurem kui traditsioonilisel DRAM-il, kuna suure ribalaiuse jaoks on vaja paralleelset liidest.HBM integreerib igasse virna ka loogilise juhtimiskiibi, suurendades räni pindala.Ligikaudne arvutus näitab, et 2,5D GPU arhitektuuris kasutatav ränipind on 2,5–3 korda suurem kui traditsioonilises 2,0D arhitektuuris.Nagu varem mainitud, võib räniplaatide maht taas väga kitsaks muutuda, kui valuettevõtted pole selleks muudatuseks valmis.
Räniplaatide turu tulevane suutlikkus
Esimene pooljuhtide valmistamise kolmest seadusest on see, et kõige rohkem raha tuleb investeerida siis, kui raha on saadaval kõige vähem.See on tingitud tööstuse tsüklilisusest ja pooljuhtide ettevõtetel on raske seda reeglit järgida.Nagu jooniselt näha, on enamik räniplaatide tootjaid mõistnud selle muudatuse mõju ja on viimase paari kvartali jooksul oma kvartalikapitali kogukulutusi peaaegu kolmekordistanud.Vaatamata keerulistele turutingimustele on see siiski nii.Veelgi huvitavam on see, et see trend on kestnud juba pikka aega.Räniplaadifirmadel on vedanud või nad 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 väärt küsimusi.
Postitusaeg: 17. juuni 2024