Habari za Sekta: GPU yaongeza mahitaji ya wafer za silikoni

Silicon ni nyenzo ya pili kwa wingi Duniani, baada ya oksijeni, na ni nyenzo ya saba kwa wingi ulimwenguni. Silicon ni nusu-semiconductor, ikimaanisha ina sifa za umeme kati ya kondakta (kama vile shaba) na vihami joto (kama vile kioo). Kiasi kidogo cha atomi za kigeni katika muundo wa silicon kinaweza kubadilisha tabia yake kimsingi, kwa hivyo usafi wa silicon ya kiwango cha nusu-semiconductor lazima uwe wa juu sana. Usafi wa chini unaokubalika kwa silicon ya kiwango cha kielektroniki ni 99.999999%.

Hii ina maana kwamba atomi moja tu isiyo ya silicon inaruhusiwa kwa kila atomi bilioni kumi. Maji mazuri ya kunywa huruhusu molekuli milioni 40 zisizo za maji, ambazo ni safi mara milioni 50 kuliko silicon ya kiwango cha nusu nusu.

Watengenezaji wa kaki tupu ya silikoni lazima wabadilishe silikoni yenye usafi wa hali ya juu kuwa miundo kamilifu ya fuwele moja. Hii inafanywa kwa kuingiza fuwele mama moja ndani ya silikoni iliyoyeyushwa kwenye halijoto inayofaa. Fuwele mpya binti zinapoanza kukua kuzunguka fuwele mama, ingot ya silikoni huundwa polepole kutoka kwa silikoni iliyoyeyushwa. Mchakato huo ni wa polepole na unaweza kuchukua wiki moja. Ingot ya silikoni iliyokamilika ina uzito wa takriban kilo 100 na inaweza kutengeneza zaidi ya kaki 3,000.

Wafer hukatwa vipande nyembamba kwa kutumia waya laini sana wa almasi. Usahihi wa vifaa vya kukata silikoni ni wa juu sana, na waendeshaji lazima wafuatiliwe kila mara, la sivyo wataanza kutumia vifaa hivyo kufanya mambo ya kipumbavu kwa nywele zao. Utangulizi mfupi wa uzalishaji wa wafer za silikoni umerahisishwa sana na hautoi sifa kamili kwa michango ya wataalamu; lakini inatarajiwa kutoa msingi wa uelewa wa kina wa biashara ya wafer za silikoni.

Uhusiano wa usambazaji na mahitaji ya wafers za silikoni

Soko la kaferi la silikoni linaongozwa na makampuni manne. Kwa muda mrefu, soko limekuwa katika usawa dhaifu kati ya usambazaji na mahitaji.
Kupungua kwa mauzo ya nusu-semiconductor mnamo 2023 kumesababisha soko kuwa katika hali ya usambazaji kupita kiasi, na kusababisha hesabu za ndani na nje za watengenezaji wa chipu kuwa juu. Hata hivyo, hii ni hali ya muda tu. Soko linaporejea, tasnia itarudi hivi karibuni kwenye ukingo wa uwezo na lazima ikidhi mahitaji ya ziada yaliyoletwa na mapinduzi ya AI. Mabadiliko kutoka kwa usanifu wa jadi unaotegemea CPU hadi kompyuta iliyoharakishwa yatakuwa na athari kwa tasnia nzima, kwani Hata hivyo, hii inaweza kuwa na athari kwa sehemu zenye thamani ya chini za tasnia ya nusu-semiconductor.

Miundo ya Kitengo cha Usindikaji wa Michoro (GPU) inahitaji eneo zaidi la silikoni

Kadri mahitaji ya utendaji yanavyoongezeka, watengenezaji wa GPU lazima washinde vikwazo fulani vya muundo ili kufikia utendaji wa juu kutoka kwa GPU. Ni wazi kwamba, kufanya chipu kuwa kubwa ni njia moja ya kufikia utendaji wa juu, kwani elektroni hazipendi kusafiri umbali mrefu kati ya chipu tofauti, jambo ambalo hupunguza utendaji. Hata hivyo, kuna kikomo cha vitendo cha kufanya chipu kuwa kubwa, kinachojulikana kama "kikomo cha retina".

Kikomo cha lithografia kinarejelea ukubwa wa juu zaidi wa chipu ambayo inaweza kufichuliwa kwa hatua moja katika mashine ya lithografia inayotumika katika utengenezaji wa nusu-semiconductor. Kikomo hiki kinaamuliwa na ukubwa wa juu zaidi wa uwanja wa sumaku wa vifaa vya lithografia, haswa kipandio au skana inayotumika katika mchakato wa lithografia. Kwa teknolojia ya kisasa, kikomo cha barakoa kwa kawaida huwa karibu milimita za mraba 858. Kikomo hiki cha ukubwa ni muhimu sana kwa sababu huamua eneo la juu zaidi ambalo linaweza kupangiliwa kwenye wafer katika mfiduo mmoja. Ikiwa wafer ni kubwa kuliko kikomo hiki, mfiduo mwingi utahitajika ili mfiduo kamili wa wafer, ambayo haiwezekani kwa uzalishaji wa wingi kutokana na ugumu na changamoto za ulinganifu. GB200 mpya itashinda kikomo hiki kwa kuchanganya substrates mbili za chipu na mapungufu ya ukubwa wa chembe kwenye safu ya kati ya silicon, na kutengeneza substrate yenye kikomo cha chembe nyingi ambayo ni mara mbili zaidi. Mapungufu mengine ya utendaji ni kiasi cha kumbukumbu na umbali wa kumbukumbu hiyo (yaani kipimo data cha kumbukumbu). Miundo mipya ya GPU hushinda tatizo hili kwa kutumia kumbukumbu ya upana wa bandwidth ya juu (HBM) iliyopangwa kwenye kiingiliano sawa cha silicon na chipu mbili za GPU. Kwa mtazamo wa silicon, tatizo na HBM ni kwamba kila sehemu ya eneo la silicon ni mara mbili ya ile ya DRAM ya kitamaduni kutokana na kiolesura cha juu kinachohitajika kwa kipimo data cha juu. HBM pia huunganisha chipu ya udhibiti wa mantiki katika kila rundo, na kuongeza eneo la silicon. Hesabu ya jumla inaonyesha kwamba eneo la silicon linalotumika katika usanifu wa GPU wa 2.5D ni mara 2.5 hadi 3 ya usanifu wa jadi wa 2.0D. Kama ilivyotajwa hapo awali, isipokuwa kampuni za utengenezaji wa vyuma zimejiandaa kwa mabadiliko haya, uwezo wa wafer wa silicon unaweza kuwa mgumu sana tena.

Uwezo wa soko la kaki ya silicon katika siku zijazo

Sheria ya kwanza kati ya tatu za utengenezaji wa semiconductor ni kwamba pesa nyingi zaidi zinahitaji kuwekezwa wakati kiasi kidogo cha pesa kinapatikana. Hii ni kutokana na asili ya mzunguko wa tasnia, na kampuni za semiconductor zina wakati mgumu kufuata sheria hii. Kama inavyoonyeshwa kwenye mchoro, watengenezaji wengi wa silicon wafer wametambua athari ya mabadiliko haya na wameongeza karibu mara tatu ya matumizi yao ya jumla ya mtaji wa robo mwaka katika robo chache zilizopita. Licha ya hali ngumu ya soko, hii bado ni hivyo. Kinachovutia zaidi ni kwamba mwelekeo huu umekuwa ukiendelea kwa muda mrefu. Kampuni za silicon wafer zina bahati au zinajua kitu ambacho wengine hawajui. Mnyororo wa usambazaji wa semiconductor ni mashine ya wakati ambayo inaweza kutabiri mustakabali. Mustakabali wako unaweza kuwa wa zamani wa mtu mwingine. Ingawa hatupati majibu kila wakati, karibu kila wakati tunapata maswali yenye maana.