उद्योग समाचार: जीपीयू सिलिकॉन वेफर्स की मांग को बढ़ाता है

ऑक्सीजन के बाद, सिलिकॉन पृथ्वी पर दूसरी सबसे आम सामग्री है, और ब्रह्मांड में सातवीं सबसे आम सामग्री है। सिलिकॉन एक अर्धचालक है, जिसका अर्थ है कि इसमें कंडक्टर (जैसे कि तांबे) और इंसुलेटर (जैसे कांच) के बीच विद्युत गुण होते हैं। सिलिकॉन संरचना में विदेशी परमाणुओं की एक छोटी राशि मौलिक रूप से इसके व्यवहार को बदल सकती है, इसलिए अर्धचालक-ग्रेड सिलिकॉन की शुद्धता आश्चर्यजनक रूप से उच्च होनी चाहिए। इलेक्ट्रॉनिक-ग्रेड सिलिकॉन के लिए स्वीकार्य न्यूनतम शुद्धता 99.999999%है।

इसका मतलब यह है कि प्रत्येक दस बिलियन परमाणुओं के लिए केवल एक गैर-सिलिकॉन परमाणु की अनुमति है। अच्छा पेयजल 40 मिलियन गैर-पानी अणुओं के लिए अनुमति देता है, जो अर्धचालक-ग्रेड सिलिकॉन की तुलना में 50 मिलियन गुना कम शुद्ध है।

खाली सिलिकॉन वेफर निर्माताओं को उच्च-शुद्धता सिलिकॉन को सही एकल-क्रिस्टल संरचनाओं में बदलना चाहिए। यह उचित तापमान पर पिघले हुए सिलिकॉन में एक एकल माँ क्रिस्टल को पेश करके किया जाता है। जैसे -जैसे नई बेटी क्रिस्टल मदर क्रिस्टल के चारों ओर बढ़ने लगती हैं, सिलिकॉन इंगॉट धीरे -धीरे पिघले हुए सिलिकॉन से बनता है। प्रक्रिया धीमी है और एक सप्ताह लग सकता है। तैयार सिलिकॉन इंगोट का वजन लगभग 100 किलोग्राम है और यह 3,000 से अधिक वेफर्स बना सकता है।

वेफर्स को बहुत ही बढ़िया हीरे के तार का उपयोग करके पतले स्लाइस में काट दिया जाता है। सिलिकॉन कटिंग टूल की सटीकता बहुत अधिक है, और ऑपरेटरों को लगातार निगरानी की जानी चाहिए, या वे अपने बालों के लिए मूर्खतापूर्ण चीजों को करने के लिए उपकरणों का उपयोग करना शुरू कर देंगे। सिलिकॉन वेफर्स के उत्पादन का संक्षिप्त परिचय बहुत सरल है और जीनियस के योगदान को पूरी तरह से श्रेय नहीं देता है; लेकिन यह सिलिकॉन वेफर व्यवसाय की गहरी समझ के लिए एक पृष्ठभूमि प्रदान करने की उम्मीद है।

सिलिकॉन वेफर्स की आपूर्ति और मांग संबंध

सिलिकॉन वेफर बाजार में चार कंपनियों का वर्चस्व है। लंबे समय से, बाजार आपूर्ति और मांग के बीच एक नाजुक संतुलन में रहा है।
2023 में अर्धचालक की बिक्री में गिरावट ने बाजार को ओवरसुप्ली की स्थिति में ले जाने के लिए प्रेरित किया, जिससे चिप निर्माताओं के आंतरिक और बाहरी आविष्कारों को उच्च हो गया। हालांकि, यह केवल एक अस्थायी स्थिति है। जैसा कि बाजार ठीक हो जाता है, उद्योग जल्द ही क्षमता के किनारे पर लौट आएगा और एआई क्रांति द्वारा लाए गए अतिरिक्त मांग को पूरा करना चाहिए। पारंपरिक सीपीयू-आधारित आर्किटेक्चर से त्वरित कंप्यूटिंग में संक्रमण का संपूर्ण उद्योग पर प्रभाव पड़ेगा, हालांकि, यह अर्धचालक उद्योग के कम-मूल्य वाले खंडों पर प्रभाव डाल सकता है।

ग्राफिक्स प्रोसेसिंग यूनिट (GPU) आर्किटेक्चर को अधिक सिलिकॉन क्षेत्र की आवश्यकता होती है

जैसे -जैसे प्रदर्शन की मांग बढ़ती है, GPU निर्माताओं को GPU से उच्च प्रदर्शन प्राप्त करने के लिए कुछ डिजाइन सीमाओं को पार करना चाहिए। जाहिर है, चिप को बड़ा बनाना उच्च प्रदर्शन को प्राप्त करने का एक तरीका है, क्योंकि इलेक्ट्रॉनों को विभिन्न चिप्स के बीच लंबी दूरी की यात्रा करना पसंद नहीं है, जो प्रदर्शन को सीमित करता है। हालांकि, चिप को बड़ा बनाने के लिए एक व्यावहारिक सीमा है, जिसे "रेटिना सीमा" के रूप में जाना जाता है।

लिथोग्राफी सीमा एक चिप के अधिकतम आकार को संदर्भित करती है जिसे अर्धचालक विनिर्माण में उपयोग की जाने वाली लिथोग्राफी मशीन में एक ही कदम में उजागर किया जा सकता है। यह सीमा लिथोग्राफी उपकरण के अधिकतम चुंबकीय क्षेत्र आकार द्वारा निर्धारित की जाती है, विशेष रूप से स्टेपर या स्कैनर का उपयोग लिथोग्राफी प्रक्रिया में किया जाता है। नवीनतम तकनीक के लिए, मास्क सीमा आमतौर पर 858 वर्ग मिलीमीटर के आसपास होती है। यह आकार सीमा बहुत महत्वपूर्ण है क्योंकि यह अधिकतम क्षेत्र को निर्धारित करता है जिसे एकल एक्सपोज़र में वेफर पर पैटर्न किया जा सकता है। यदि वेफर इस सीमा से बड़ा है, तो वेफर को पूरी तरह से पैटर्न करने के लिए कई एक्सपोज़र की आवश्यकता होगी, जो जटिलता और संरेखण चुनौतियों के कारण बड़े पैमाने पर उत्पादन के लिए अव्यावहारिक है। नया GB200 एक सिलिकॉन इंटरलेयर में कण आकार की सीमाओं के साथ दो चिप सब्सट्रेट को मिलाकर इस सीमा को पार करेगा, एक सुपर-कण-सीमित सब्सट्रेट का गठन करेगा जो दोगुना बड़ा है। अन्य प्रदर्शन सीमाएं मेमोरी की मात्रा और उस मेमोरी (यानी मेमोरी बैंडविड्थ) की दूरी हैं। नए GPU आर्किटेक्चर ने स्टैक्ड हाई-बैंडविड्थ मेमोरी (HBM) का उपयोग करके इस समस्या को पार कर लिया, जो दो GPU चिप्स के साथ एक ही सिलिकॉन इंटरपोजर पर स्थापित किया गया है। एक सिलिकॉन के नजरिए से, एचबीएम के साथ समस्या यह है कि प्रत्येक बिट सिलिकॉन क्षेत्र उच्च-समानांतर इंटरफ़ेस के कारण पारंपरिक डीआरएएम से दोगुना है, जो उच्च बैंडविड्थ के लिए आवश्यक है। एचबीएम सिलिकॉन क्षेत्र को बढ़ाते हुए, प्रत्येक स्टैक में एक लॉजिक कंट्रोल चिप को भी एकीकृत करता है। एक खुरदरी गणना से पता चलता है कि 2.5D GPU वास्तुकला में उपयोग किया जाने वाला सिलिकॉन क्षेत्र पारंपरिक 2.0D आर्किटेक्चर की तुलना में 2.5 से 3 गुना है। जैसा कि पहले उल्लेख किया गया है, जब तक कि फाउंड्री कंपनियां इस बदलाव के लिए तैयार नहीं होती हैं, सिलिकॉन वेफर क्षमता फिर से बहुत तंग हो सकती है।

सिलिकॉन वेफर बाजार की भविष्य की क्षमता

अर्धचालक विनिर्माण के तीन कानूनों में से पहला यह है कि कम से कम राशि उपलब्ध होने पर सबसे अधिक धन का निवेश करने की आवश्यकता होती है। यह उद्योग की चक्रीय प्रकृति के कारण है, और अर्धचालक कंपनियों के पास इस नियम के बाद एक कठिन समय है। जैसा कि आंकड़े में दिखाया गया है, अधिकांश सिलिकॉन वेफर निर्माताओं ने इस परिवर्तन के प्रभाव को मान्यता दी है और पिछले कुछ तिमाहियों में अपने कुल त्रैमासिक पूंजीगत व्यय को लगभग तीन गुना कर दिया है। मुश्किल बाजार की स्थिति के बावजूद, यह अभी भी मामला है। और भी दिलचस्प है कि यह प्रवृत्ति लंबे समय से चल रही है। सिलिकॉन वेफर कंपनियां भाग्यशाली हैं या कुछ ऐसा जानते हैं जो अन्य नहीं करते हैं। अर्धचालक आपूर्ति श्रृंखला एक टाइम मशीन है जो भविष्य की भविष्यवाणी कर सकती है। आपका भविष्य किसी और का अतीत हो सकता है। जबकि हमें हमेशा जवाब नहीं मिलता है, हम लगभग हमेशा सार्थक प्रश्न प्राप्त करते हैं।