పరిశ్రమ వార్తలు: GPU సిలికాన్ వేఫర్‌లకు డిమాండ్‌ను పెంచుతుంది

సిలికాన్ భూమిపై ఆక్సిజన్ తర్వాత రెండవ అత్యంత సాధారణ పదార్థం మరియు విశ్వంలో ఏడవ అత్యంత సాధారణ పదార్థం. సిలికాన్ ఒక సెమీకండక్టర్, అంటే ఇది కండక్టర్లు (రాగి వంటివి) మరియు ఇన్సులేటర్లు (గాజు వంటివి) మధ్య విద్యుత్ లక్షణాలను కలిగి ఉంటుంది. సిలికాన్ నిర్మాణంలో కొద్ది మొత్తంలో విదేశీ అణువులు దాని ప్రవర్తనను ప్రాథమికంగా మార్చగలవు, కాబట్టి సెమీకండక్టర్-గ్రేడ్ సిలికాన్ యొక్క స్వచ్ఛత ఆశ్చర్యకరంగా ఎక్కువగా ఉండాలి. ఎలక్ట్రానిక్-గ్రేడ్ సిలికాన్ కోసం ఆమోదయోగ్యమైన కనీస స్వచ్ఛత 99.999999%.

దీని అర్థం ప్రతి పది బిలియన్ అణువులకు ఒక నాన్-సిలికాన్ అణువు మాత్రమే అనుమతించబడుతుంది. మంచి త్రాగునీరు 40 మిలియన్ల నాన్-నీరు అణువులను అనుమతిస్తుంది, ఇది సెమీకండక్టర్-గ్రేడ్ సిలికాన్ కంటే 50 మిలియన్ రెట్లు తక్కువ స్వచ్ఛమైనది.

ఖాళీ సిలికాన్ వేఫర్ తయారీదారులు అధిక-స్పష్టత కలిగిన సిలికాన్‌ను పరిపూర్ణ సింగిల్-స్ఫటిక నిర్మాణాలుగా మార్చాలి. తగిన ఉష్ణోగ్రత వద్ద సింగిల్ మదర్ క్రిస్టల్‌ను కరిగిన సిలికాన్‌గా ప్రవేశపెట్టడం ద్వారా ఇది జరుగుతుంది. కొత్త కుమార్తె స్ఫటికాలు తల్లి క్రిస్టల్ చుట్టూ పెరగడం ప్రారంభించినప్పుడు, సిలికాన్ ఇంగోట్ నెమ్మదిగా కరిగిన సిలికాన్ నుండి ఏర్పడుతుంది. ఈ ప్రక్రియ నెమ్మదిగా ఉంటుంది మరియు ఒక వారం పట్టవచ్చు. పూర్తయిన సిలికాన్ ఇంగోట్ సుమారు 100 కిలోగ్రాముల బరువు ఉంటుంది మరియు 3,000 కంటే ఎక్కువ పొరలను తయారు చేయగలదు.

చాలా చక్కటి డైమండ్ వైర్ ఉపయోగించి వేఫర్‌లను సన్నని ముక్కలుగా కట్ చేస్తారు. సిలికాన్ కటింగ్ టూల్స్ యొక్క ఖచ్చితత్వం చాలా ఎక్కువగా ఉంటుంది మరియు ఆపరేటర్లను నిరంతరం పర్యవేక్షించాలి, లేకుంటే వారు తమ జుట్టుకు వెర్రి పనులు చేయడానికి సాధనాలను ఉపయోగించడం ప్రారంభిస్తారు. సిలికాన్ వేఫర్‌ల ఉత్పత్తికి సంబంధించిన సంక్షిప్త పరిచయం చాలా సరళీకృతం చేయబడింది మరియు మేధావుల సహకారాన్ని పూర్తిగా క్రెడిట్ చేయదు; కానీ సిలికాన్ వేఫర్ వ్యాపారం గురించి లోతైన అవగాహనకు ఇది నేపథ్యాన్ని అందిస్తుందని భావిస్తున్నారు.

సిలికాన్ వేఫర్‌ల సరఫరా మరియు డిమాండ్ సంబంధం

సిలికాన్ వేఫర్ మార్కెట్‌ను నాలుగు కంపెనీలు ఆధిపత్యం చేస్తున్నాయి. చాలా కాలంగా, మార్కెట్ సరఫరా మరియు డిమాండ్ మధ్య సున్నితమైన సమతుల్యతలో ఉంది.
2023లో సెమీకండక్టర్ అమ్మకాలు తగ్గడం వల్ల మార్కెట్ ఓవర్ సప్లై స్థితిలోకి వెళ్లింది, దీని వలన చిప్ తయారీదారుల అంతర్గత మరియు బాహ్య ఇన్వెంటరీలు ఎక్కువగా ఉన్నాయి. అయితే, ఇది తాత్కాలిక పరిస్థితి మాత్రమే. మార్కెట్ కోలుకున్నప్పుడు, పరిశ్రమ త్వరలో సామర్థ్యం యొక్క అంచుకు తిరిగి వస్తుంది మరియు AI విప్లవం వల్ల కలిగే అదనపు డిమాండ్‌ను తీర్చాలి. సాంప్రదాయ CPU-ఆధారిత ఆర్కిటెక్చర్ నుండి వేగవంతమైన కంప్యూటింగ్‌కు మారడం మొత్తం పరిశ్రమపై ప్రభావం చూపుతుంది, అయితే, ఇది సెమీకండక్టర్ పరిశ్రమ యొక్క తక్కువ-విలువ విభాగాలపై ప్రభావం చూపవచ్చు.

గ్రాఫిక్స్ ప్రాసెసింగ్ యూనిట్ (GPU) ఆర్కిటెక్చర్లకు ఎక్కువ సిలికాన్ ప్రాంతం అవసరం.

పనితీరుకు డిమాండ్ పెరిగేకొద్దీ, GPU తయారీదారులు GPUల నుండి అధిక పనితీరును సాధించడానికి కొన్ని డిజైన్ పరిమితులను అధిగమించాలి. స్పష్టంగా, చిప్‌ను పెద్దదిగా చేయడం అనేది అధిక పనితీరును సాధించడానికి ఒక మార్గం, ఎందుకంటే ఎలక్ట్రాన్లు వేర్వేరు చిప్‌ల మధ్య ఎక్కువ దూరం ప్రయాణించడానికి ఇష్టపడవు, ఇది పనితీరును పరిమితం చేస్తుంది. అయితే, చిప్‌ను పెద్దదిగా చేయడానికి ఒక ఆచరణాత్మక పరిమితి ఉంది, దీనిని "రెటీనా పరిమితి" అని పిలుస్తారు.

లితోగ్రఫీ పరిమితి అనేది సెమీకండక్టర్ తయారీలో ఉపయోగించే లితోగ్రఫీ యంత్రంలో ఒకే దశలో బహిర్గతమయ్యే చిప్ యొక్క గరిష్ట పరిమాణాన్ని సూచిస్తుంది. ఈ పరిమితి లితోగ్రఫీ పరికరాల గరిష్ట అయస్కాంత క్షేత్ర పరిమాణం ద్వారా నిర్ణయించబడుతుంది, ముఖ్యంగా లితోగ్రఫీ ప్రక్రియలో ఉపయోగించే స్టెప్పర్ లేదా స్కానర్. తాజా సాంకేతికత కోసం, మాస్క్ పరిమితి సాధారణంగా 858 చదరపు మిల్లీమీటర్ల చుట్టూ ఉంటుంది. ఈ పరిమాణ పరిమితి చాలా ముఖ్యమైనది ఎందుకంటే ఇది ఒకే ఎక్స్‌పోజర్‌లో వేఫర్‌పై నమూనా చేయగల గరిష్ట ప్రాంతాన్ని నిర్ణయిస్తుంది. వేఫర్ ఈ పరిమితి కంటే పెద్దదిగా ఉంటే, వేఫర్‌ను పూర్తిగా నమూనా చేయడానికి బహుళ ఎక్స్‌పోజర్‌లు అవసరమవుతాయి, ఇది సంక్లిష్టత మరియు అమరిక సవాళ్ల కారణంగా సామూహిక ఉత్పత్తికి అసాధ్యమైనది. కొత్త GB200 కణ పరిమాణ పరిమితులతో రెండు చిప్ సబ్‌స్ట్రేట్‌లను సిలికాన్ ఇంటర్‌లేయర్‌లో కలపడం ద్వారా ఈ పరిమితిని అధిగమిస్తుంది, ఇది రెండు రెట్లు పెద్ద సూపర్-పార్టికల్-లిమిటెడ్ సబ్‌స్ట్రేట్‌ను ఏర్పరుస్తుంది. ఇతర పనితీరు పరిమితులు మెమరీ మొత్తం మరియు ఆ మెమరీకి దూరం (అంటే మెమరీ బ్యాండ్‌విడ్త్). కొత్త GPU ఆర్కిటెక్చర్‌లు రెండు GPU చిప్‌లతో ఒకే సిలికాన్ ఇంటర్‌పోజర్‌పై ఇన్‌స్టాల్ చేయబడిన స్టాక్డ్ హై-బ్యాండ్‌విడ్త్ మెమరీ (HBM)ని ఉపయోగించడం ద్వారా ఈ సమస్యను అధిగమిస్తాయి. సిలికాన్ దృక్కోణం నుండి, HBM తో సమస్య ఏమిటంటే, అధిక బ్యాండ్‌విడ్త్‌కు అవసరమైన అధిక-సమాంతర ఇంటర్‌ఫేస్ కారణంగా ప్రతి బిట్ సిలికాన్ ప్రాంతం సాంప్రదాయ DRAM కంటే రెండు రెట్లు ఉంటుంది. HBM ప్రతి స్టాక్‌లో లాజిక్ కంట్రోల్ చిప్‌ను కూడా అనుసంధానిస్తుంది, సిలికాన్ ప్రాంతాన్ని పెంచుతుంది. 2.5D GPU ఆర్కిటెక్చర్‌లో ఉపయోగించే సిలికాన్ ప్రాంతం సాంప్రదాయ 2.0D ఆర్కిటెక్చర్ కంటే 2.5 నుండి 3 రెట్లు ఎక్కువ అని ఒక స్థూల గణన చూపిస్తుంది. ముందు చెప్పినట్లుగా, ఫౌండ్రీ కంపెనీలు ఈ మార్పుకు సిద్ధంగా లేకుంటే, సిలికాన్ వేఫర్ సామర్థ్యం మళ్లీ చాలా బిగుతుగా మారవచ్చు.

సిలికాన్ వేఫర్ మార్కెట్ యొక్క భవిష్యత్తు సామర్థ్యం

సెమీకండక్టర్ తయారీ యొక్క మూడు నియమాలలో మొదటిది ఏమిటంటే, తక్కువ మొత్తంలో డబ్బు అందుబాటులో ఉన్నప్పుడు ఎక్కువ డబ్బు పెట్టుబడి పెట్టాలి. ఇది పరిశ్రమ యొక్క చక్రీయ స్వభావం కారణంగా ఉంది మరియు సెమీకండక్టర్ కంపెనీలు ఈ నియమాన్ని పాటించడం కష్టం. చిత్రంలో చూపినట్లుగా, చాలా మంది సిలికాన్ వేఫర్ తయారీదారులు ఈ మార్పు ప్రభావాన్ని గుర్తించారు మరియు గత కొన్ని త్రైమాసికాలలో వారి మొత్తం త్రైమాసిక మూలధన వ్యయాలను దాదాపు మూడు రెట్లు పెంచారు. క్లిష్ట మార్కెట్ పరిస్థితులు ఉన్నప్పటికీ, ఇది ఇప్పటికీ అలాగే ఉంది. ఇంకా ఆసక్తికరమైన విషయం ఏమిటంటే ఈ ధోరణి చాలా కాలంగా కొనసాగుతోంది. సిలికాన్ వేఫర్ కంపెనీలు అదృష్టవంతులు లేదా ఇతరులకు తెలియని విషయం తెలుసు. సెమీకండక్టర్ సరఫరా గొలుసు భవిష్యత్తును అంచనా వేయగల సమయ యంత్రం. మీ భవిష్యత్తు వేరొకరి గతం కావచ్చు. మనకు ఎల్లప్పుడూ సమాధానాలు లభించకపోయినా, మనకు దాదాపు ఎల్లప్పుడూ విలువైన ప్రశ్నలు వస్తాయి.