उद्योग समाचार: जीपीयू ने सिलिकॉन वेफर्स की मांग बढ़ा दी है

सिलिकॉन पृथ्वी पर ऑक्सीजन के बाद दूसरा सबसे आम पदार्थ है, और ब्रह्मांड में सातवां सबसे आम पदार्थ है। सिलिकॉन एक अर्धचालक है, जिसका अर्थ है कि इसमें कंडक्टर (जैसे तांबा) और इंसुलेटर (जैसे ग्लास) के बीच विद्युत गुण होते हैं। सिलिकॉन संरचना में विदेशी परमाणुओं की एक छोटी मात्रा मौलिक रूप से इसके व्यवहार को बदल सकती है, इसलिए सेमीकंडक्टर-ग्रेड सिलिकॉन की शुद्धता आश्चर्यजनक रूप से अधिक होनी चाहिए। इलेक्ट्रॉनिक-ग्रेड सिलिकॉन के लिए स्वीकार्य न्यूनतम शुद्धता 99.999999% है।

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

खाली सिलिकॉन वेफर निर्माताओं को उच्च शुद्धता वाले सिलिकॉन को पूर्ण एकल-क्रिस्टल संरचनाओं में परिवर्तित करना होगा। यह उचित तापमान पर पिघले हुए सिलिकॉन में सिंगल मदर क्रिस्टल को शामिल करके किया जाता है। जैसे-जैसे मदर क्रिस्टल के चारों ओर नए बेटी क्रिस्टल बढ़ने लगते हैं, सिलिकॉन पिंड धीरे-धीरे पिघले हुए सिलिकॉन से बनता है। प्रक्रिया धीमी है और इसमें एक सप्ताह लग सकता है. तैयार सिलिकॉन पिंड का वजन लगभग 100 किलोग्राम है और इससे 3,000 से अधिक वेफर्स बनाए जा सकते हैं।

वेफर्स को बहुत महीन हीरे के तार का उपयोग करके पतले स्लाइस में काटा जाता है। सिलिकॉन काटने वाले उपकरणों की सटीकता बहुत अधिक है, और ऑपरेटरों की लगातार निगरानी की जानी चाहिए, अन्यथा वे अपने बालों के साथ मूर्खतापूर्ण काम करने के लिए उपकरणों का उपयोग करना शुरू कर देंगे। सिलिकॉन वेफर्स के उत्पादन का संक्षिप्त परिचय बहुत सरल है और प्रतिभाओं के योगदान को पूरी तरह से श्रेय नहीं देता है; लेकिन आशा है कि यह सिलिकॉन वेफर व्यवसाय की गहरी समझ के लिए पृष्ठभूमि प्रदान करेगा।

सिलिकॉन वेफर्स की आपूर्ति और मांग संबंध

सिलिकॉन वेफर बाजार पर चार कंपनियों का दबदबा है। लंबे समय से बाजार में आपूर्ति और मांग के बीच नाजुक संतुलन बना हुआ है।
2023 में सेमीकंडक्टर की बिक्री में गिरावट के कारण बाजार अत्यधिक आपूर्ति की स्थिति में आ गया है, जिससे चिप निर्माताओं की आंतरिक और बाहरी सूची अधिक हो गई है। हालाँकि, यह केवल एक अस्थायी स्थिति है। जैसे ही बाजार में सुधार होगा, उद्योग जल्द ही क्षमता के किनारे पर लौट आएगा और एआई क्रांति द्वारा लाई गई अतिरिक्त मांग को पूरा करना होगा। पारंपरिक सीपीयू-आधारित आर्किटेक्चर से त्वरित कंप्यूटिंग में परिवर्तन का पूरे उद्योग पर प्रभाव पड़ेगा, हालांकि, इसका सेमीकंडक्टर उद्योग के कम-मूल्य वाले खंडों पर प्रभाव पड़ सकता है।

ग्राफ़िक्स प्रोसेसिंग यूनिट (जीपीयू) आर्किटेक्चर के लिए 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 डिज़ाइन सीमाओं को पार करना होगा। जाहिर है, चिप को बड़ा बनाना उच्च प्रदर्शन प्राप्त करने का एक तरीका है, क्योंकि इलेक्ट्रॉन विभिन्न चिप्स के बीच लंबी दूरी की यात्रा करना पसंद नहीं करते हैं, जो प्रदर्शन को सीमित करता है। हालाँकि, चिप को बड़ा बनाने की 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 सेमीकंडक्टर निर्माण में उपयोग की जाने वाली लिथोग्राफी मशीन में एक चरण में उजागर किया जा सकता है। यह सीमा लिथोग्राफी उपकरण के अधिकतम चुंबकीय क्षेत्र आकार, विशेष रूप से लिथोग्राफी प्रक्रिया में उपयोग किए जाने वाले स्टेपर या स्कैनर द्वारा निर्धारित की जाती है। नवीनतम तकनीक के लिए, मास्क की सीमा आमतौर पर लगभग 858 वर्ग मिलीमीटर है। यह आकार सीमा बहुत महत्वपूर्ण है क्योंकि यह अधिकतम क्षेत्र निर्धारित करती 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 देने के लिए कई एक्सपोज़र की आवश्यकता होगी, जो जटिलता और संरेखण चुनौतियों के कारण बड़े पैमाने पर उत्पादन के लिए अव्यावहारिक है। नया GB200 कण आकार की सीमाओं के साथ दो चिप सब्सट्रेट्स को एक सिलिकॉन इंटरलेयर में संयोजित करके इस सीमा को पार कर जाएगा, जिससे एक सुपर-कण-सीमित सब्सट्रेट बनेगा जो दोगुना बड़ा होगा। अन्य प्रदर्शन सीमाएँ मेमोरी की मात्रा और उस मेमोरी से दूरी (यानी मेमोरी बैंडविड्थ) हैं। नए जीपीयू आर्किटेक्चर स्टैक्ड हाई-बैंडविड्थ मेमोरी (एचबीएम) का उपयोग करके इस समस्या को दूर करते हैं जो दो जीपीयू चिप्स के साथ एक ही सिलिकॉन इंटरपोजर पर स्थापित होता है। सिलिकॉन परिप्रेक्ष्य से, एचबीएम के साथ समस्या यह है कि उच्च बैंडविड्थ के लिए आवश्यक उच्च-समानांतर इंटरफ़ेस के कारण सिलिकॉन क्षेत्र का प्रत्येक बिट पारंपरिक डीआरएएम से दोगुना है। एचबीएम प्रत्येक स्टैक में एक लॉजिक कंट्रोल चिप भी एकीकृत करता है, जिससे सिलिकॉन क्षेत्र बढ़ता है। एक मोटी गणना से पता चलता है कि 2.5D GPU आर्किटेक्चर में उपयोग किया जाने वाला सिलिकॉन क्षेत्र पारंपरिक 2.0D आर्किटेक्चर का 2.5 से 3 गुना है। जैसा कि पहले उल्लेख किया गया है, जब तक फाउंड्री कंपनियां इस बदलाव के लिए तैयार नहीं होतीं, सिलिकॉन वेफर क्षमता फिर से बहुत तंग हो सकती है।

सिलिकॉन वेफर बाजार की भविष्य की क्षमता

सेमीकंडक्टर निर्माण के तीन कानूनों में से पहला यह है कि जब सबसे कम पैसा उपलब्ध हो तो सबसे अधिक पैसा निवेश करने की आवश्यकता होती है। यह उद्योग की चक्रीय प्रकृति के कारण है, और सेमीकंडक्टर कंपनियों को इस नियम का पालन करने में कठिनाई होती है। जैसा कि आंकड़े में दिखाया गया है, अधिकांश सिलिकॉन वेफर निर्माताओं ने इस बदलाव के प्रभाव को पहचाना है और पिछली कुछ तिमाहियों में अपने कुल तिमाही पूंजीगत व्यय को लगभग तीन गुना कर दिया है। बाज़ार की कठिन परिस्थितियों के बावजूद, अभी भी यही स्थिति है। इससे भी दिलचस्प बात यह है कि यह चलन काफी समय से चल रहा है। सिलिकॉन वेफर कंपनियां भाग्यशाली हैं या कुछ ऐसा जानती हैं जो अन्य नहीं जानते हैं। सेमीकंडक्टर आपूर्ति श्रृंखला एक टाइम मशीन है जो भविष्य की भविष्यवाणी कर सकती है। आपका भविष्य किसी और का अतीत हो सकता है। हालाँकि हमें हमेशा उत्तर नहीं मिलते, हमें लगभग हमेशा सार्थक प्रश्न मिलते हैं।