Sügaval tarneahelas muudavad mõned mustkunstnikud liiva täiuslikeks teemantstruktureeritud räni kristallkettadeks, mis on hädavajalikud kogu pooljuhtide tarneahela jaoks. Nad on osa pooljuhtide tarneahelast, mis suurendab räniliiva väärtust ligi tuhat korda. Räni on nõrk kuma, mida rannas näete. Räni on keeruline kristall, millel on rabedus ja tahketaoline metall (metallilised ja mittemetallilised omadused). Räni on kõikjal.
Räni on teine levinum materjal Maal pärast hapnikku ja universumi seitsmes levinum materjal. Räni on pooljuht, mis tähendab, et sellel on elektrilised omadused juhtmete (näiteks vase) ja isolaatide (näiteks klaas) vahel. Ränistruktuuris on väike kogus võõraste aatomeid selle käitumist põhimõtteliselt muuta, seega peab pooljuht-klassi räni puhtus olema hämmastavalt kõrge. Elektroonilise klassi räni vastuvõetav minimaalne puhtus on 99,999999%.
See tähendab, et iga kümne miljardi aatomi kohta on lubatud ainult üks mittesilicon aatom. Hea joogivesi võimaldab 40 miljonit veevälist molekuli, mis on 50 miljonit korda vähem puhas kui pooljuhtide ja klassijuhataja.
Tühjad räni vahvlite tootjad peavad muutma kõrge puiduga räni täiuslikeks ühekristallideks. Seda tehakse üksikema kristallide sisestamine sulatatud ränisse sobival temperatuuril. Kui uued tütrekristallid hakkavad emakristalli ümber kasvama, moodustub räni valuplok aeglaselt sula ränist. Protsess on aeglane ja võib võtta nädal. Valmis räni valuplok kaalub umbes 100 kilogrammi ja võib valmistada üle 3000 vahvli.
Vahvlid lõigatakse õhukesteks viiludeks, kasutades väga peene teemanttraadi. Ränilõikamisriistade täpsus on väga kõrge ja operaatoreid tuleb pidevalt jälgida või hakkavad kasutama tööriistu oma juustele tobedate asjade tegemiseks. Räni vahvlite tootmise lühike sissejuhatus on liiga lihtsustatud ega tunnusta geeniuste panust täielikult; Kuid loodetakse pakkuda tausta räni vahvliäri sügavamaks mõistmiseks.
Räni vahvlite pakkumine ja nõudluse suhe
Räni vahvli turul domineerivad neli ettevõtet. Pikka aega on turg olnud pakkumise ja nõudluse vahel delikaatses tasakaalus.
Pooljuhtide müügi langus 2023. aastal on viinud turu ülepakkumise seisundisse, põhjustades kiipide tootjate sise- ja väliseid varusid kõrgeid. Kuid see on vaid ajutine olukord. Turu taastumisel naaseb tööstus peagi mahutavuse servani ja peab vastama AI revolutsiooni põhjustatud täiendava nõudluse. Üleminek traditsioonilisest CPU-põhisest arhitektuurist kiirendatud andmetöötlusele mõjutab kogu tööstust, kuna see võib siiski mõjutada pooljuhtide tööstuse madala väärtusega segmente.
Graafikatöötluse seade (GPU) arhitektuurid nõuavad rohkem räni piirkonda
Kui nõudlus jõudluse järele suureneb, peavad GPU tootjad GPU -delt suurema jõudluse saavutamiseks üle saama mõned disainipiirangud. Ilmselt on kiibi suuremaks muutmine üks viis suurema jõudluse saavutamiseks, kuna elektronidele ei meeldi erinevate kiipide vahel pikki vahemaid liikuda, mis piirab jõudlust. Kiipi suuremaks muutmisel, mida nimetatakse võrkkesta piiriks, on aga praktiline piirang.
Litograafiapiirang viitab kiibi maksimaalsele suurusele, mida saab paljastada pooljuhtide tootmisel kasutatava litograafiamasina ühes etapis. Selle piirangu määrab litograafiaseadmete maksimaalse magnetvälja suuruse, eriti litograafiaprotsessis kasutatava astme või skanneri abil. Uusima tehnoloogia jaoks on maski piir tavaliselt umbes 858 ruutmi millimeetrit. See suuruse piirang on väga oluline, kuna see määrab maksimaalse pindala, mida saab vahvlil mustrida ühes kokkupuutes. Kui vahvel on sellest piirist suurem, on vahvli täielikuks mustriks vajamiseks vaja mitut kokkupuudet, mis on keerukuse ja joondamise väljakutsete tõttu masstootmise jaoks ebapraktiline. Uus GB200 saab sellest piirangust üle, ühendades kaks kiibisubstraati osakeste suuruse piirangutega räni vahepalaks, moodustades superosakesi piiratud substraadi, mis on kaks korda suurem. Muud jõudluse piirangud on mälu hulk ja kaugus selle mälu (st mälu ribalaius). Uued GPU arhitektuurid ületavad selle probleemi, kasutades virnastatud suure laiusega mälu (HBM), mis on paigaldatud samale räni interposerile kahe GPU kiibiga. Räni vaatenurgast on HBM-i probleem selles, et iga ränipiirkonna bit on kaks korda suurem kui traditsiooniline DRAM, mis on tingitud suure ribalaiuse jaoks vajaliku kõrge paralleelse liidese tõttu. HBM integreerib igasse virna ka loogika juhtimiskiipi, suurendades räni piirkonda. Lükkav arvutus näitab, et 2,5D GPU arhitektuuris kasutatav ränipiirkond on 2,5–3 korda suurem kui traditsioonilisel 2.0D arhitektuuril. Nagu varem mainitud, ei pruugi räni vahvli mahutavus selle muudatuse jaoks ette valmistada, kui valukodade ettevõtted poleks valmis muutuma.
Räni vahvli turu tulevane suutlikkus
Pooljuhtide tootmise kolmest seadusest esimene on see, et kõige rohkem raha tuleb investeerida, kui on kõige vähem raha. See on tingitud tööstuse tsüklilisest olemusest ja pooljuhtide ettevõtetel on raske seda reeglit järgida. Nagu joonisel näidatud, on enamik ränivahvleid tootjaid selle muudatuse mõju tunnistanud ja on viimastel kvartalitel peaaegu kolmekordistanud oma kvartaalse kapitalikulu. Vaatamata rasketele turutingimustele on see endiselt nii. Veel huvitavam on see, et see trend on kestnud pikka aega. Ränivahviettevõtetel on õnne või teavad midagi, mida teised mitte. 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.
Postiaeg: 19. juuni 20124