పరిశ్రమ వార్తలు: GPU సిలికాన్ వేఫర్లకు డిమాండ్‌ను పెంచుతోంది

భూమిపై ఆక్సిజన్ తర్వాత సిలికాన్ రెండవ అత్యంత సాధారణ పదార్థం, మరియు విశ్వంలో ఏడవ అత్యంత సాధారణ పదార్థం. సిలికాన్ ఒక సెమీకండక్టర్, అంటే ఇది వాహకాలు (రాగి వంటివి) మరియు బంధకాల (గాజు వంటివి) మధ్య విద్యుత్ ధర్మాలను కలిగి ఉంటుంది. సిలికాన్ నిర్మాణంలో కొద్ది మొత్తంలో ఉండే ఇతర పరమాణువులు దాని ప్రవర్తనను ప్రాథమికంగా మార్చగలవు, కాబట్టి సెమీకండక్టర్-గ్రేడ్ సిలికాన్ స్వచ్ఛత ఆశ్చర్యకరంగా అధికంగా ఉండాలి. ఎలక్ట్రానిక్-గ్రేడ్ సిలికాన్‌కు ఆమోదయోగ్యమైన కనీస స్వచ్ఛత 99.999999%.

దీని అర్థం ప్రతి పది బిలియన్ల అణువులకు ఒక సిలికాన్-యేతర అణువు మాత్రమే అనుమతించబడుతుంది. మంచి త్రాగునీటిలో 40 మిలియన్ల నీరు-యేతర అణువులు ఉంటాయి, ఇది సెమీకండక్టర్-గ్రేడ్ సిలికాన్ కంటే 50 మిలియన్ల రెట్లు తక్కువ స్వచ్ఛమైనది.

బ్లాంక్ సిలికాన్ వేఫర్ తయారీదారులు అధిక స్వచ్ఛత గల సిలికాన్‌ను ఖచ్చితమైన సింగిల్-క్రిస్టల్ నిర్మాణాలుగా మార్చాలి. సరైన ఉష్ణోగ్రత వద్ద కరిగిన సిలికాన్‌లోకి ఒకే మదర్ క్రిస్టల్‌ను ప్రవేశపెట్టడం ద్వారా ఇది జరుగుతుంది. మదర్ క్రిస్టల్ చుట్టూ కొత్త డాటర్ క్రిస్టల్స్ పెరగడం ప్రారంభించగానే, కరిగిన సిలికాన్ నుండి సిలికాన్ ఇంగట్ నెమ్మదిగా ఏర్పడుతుంది. ఈ ప్రక్రియ నెమ్మదిగా ఉంటుంది మరియు దీనికి ఒక వారం పట్టవచ్చు. పూర్తయిన సిలికాన్ ఇంగట్ సుమారు 100 కిలోగ్రాముల బరువు ఉంటుంది మరియు దానితో 3,000 కంటే ఎక్కువ వేఫర్‌లను తయారు చేయవచ్చు.

చాలా సన్నని వజ్రపు తీగను ఉపయోగించి వేఫర్‌లను పలుచని ముక్కలుగా కత్తిరిస్తారు. సిలికాన్ కటింగ్ పరికరాల కచ్చితత్వం చాలా ఎక్కువగా ఉంటుంది, మరియు ఆపరేటర్లను నిరంతరం పర్యవేక్షించాలి, లేకపోతే వారు ఆ పరికరాలతో తమ జుట్టును పాడుచేసుకోవడం ప్రారంభిస్తారు. సిలికాన్ వేఫర్ల ఉత్పత్తికి సంబంధించిన ఈ సంక్షిప్త పరిచయం చాలా సరళీకృతం చేయబడింది మరియు మేధావుల కృషికి పూర్తి గుర్తింపును ఇవ్వదు; అయినప్పటికీ, సిలికాన్ వేఫర్ వ్యాపారంపై లోతైన అవగాహన కోసం ఇది ఒక నేపథ్యాన్ని అందిస్తుందని ఆశిస్తున్నాము.

సిలికాన్ వేఫర్ల సరఫరా మరియు డిమాండ్ సంబంధం

సిలికాన్ వేఫర్ మార్కెట్‌లో నాలుగు కంపెనీల ఆధిపత్యం ఉంది. చాలా కాలంగా ఈ మార్కెట్ సరఫరా, డిమాండ్‌ల మధ్య సున్నితమైన సమతుల్యతలో ఉంది.
2023లో సెమీకండక్టర్ల అమ్మకాలు తగ్గడం వల్ల మార్కెట్ అధిక సరఫరా స్థితికి చేరుకుంది, దీనివల్ల చిప్ తయారీదారుల అంతర్గత మరియు బాహ్య నిల్వలు అధికంగా ఉన్నాయి. అయితే, ఇది కేవలం తాత్కాలిక పరిస్థితి మాత్రమే. మార్కెట్ కోలుకుంటున్న కొద్దీ, ఈ పరిశ్రమ త్వరలోనే తన సామర్థ్యపు అంచుకు చేరుకుంటుంది మరియు AI విప్లవం వల్ల ఏర్పడిన అదనపు డిమాండ్‌ను తీర్చవలసి ఉంటుంది. సాంప్రదాయ CPU-ఆధారిత ఆర్కిటెక్చర్ నుండి వేగవంతమైన కంప్యూటింగ్‌కు మారడం మొత్తం పరిశ్రమపై ప్రభావం చూపుతుంది, అయితే ఇది సెమీకండక్టర్ పరిశ్రమలోని తక్కువ-విలువ గల విభాగాలపై ప్రభావం చూపవచ్చు.

గ్రాఫిక్స్ ప్రాసెసింగ్ యూనిట్ (GPU) ఆర్కిటెక్చర్‌లకు ఎక్కువ సిలికాన్ ఏరియా అవసరం అవుతుంది

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

లిథోగ్రఫీ పరిమితి అనేది సెమీకండక్టర్ తయారీలో ఉపయోగించే లిథోగ్రఫీ యంత్రంలో ఒకే దశలో ఎక్స్పోజ్ చేయగల చిప్ యొక్క గరిష్ట పరిమాణాన్ని సూచిస్తుంది. ఈ పరిమితి లిథోగ్రఫీ పరికరాల, ముఖ్యంగా లిథోగ్రఫీ ప్రక్రియలో ఉపయోగించే స్టెప్పర్ లేదా స్కానర్ యొక్క గరిష్ట అయస్కాంత క్షేత్ర పరిమాణం ద్వారా నిర్ణయించబడుతుంది. సరికొత్త సాంకేతికత కోసం, మాస్క్ పరిమితి సాధారణంగా 858 చదరపు మిల్లీమీటర్ల వరకు ఉంటుంది. ఈ పరిమాణ పరిమితి చాలా ముఖ్యమైనది, ఎందుకంటే ఇది ఒకే ఎక్స్పోజర్‌లో వేఫర్‌పై ప్యాటర్న్ చేయగల గరిష్ట వైశాల్యాన్ని నిర్ణయిస్తుంది. వేఫర్ ఈ పరిమితి కంటే పెద్దదిగా ఉంటే, వేఫర్‌ను పూర్తిగా ప్యాటర్న్ చేయడానికి బహుళ ఎక్స్పోజర్‌లు అవసరమవుతాయి, ఇది సంక్లిష్టత మరియు అలైన్‌మెంట్ సవాళ్ల కారణంగా భారీ ఉత్పత్తికి ఆచరణ సాధ్యం కాదు. కొత్త GB200, కణ పరిమాణ పరిమితులు కలిగిన రెండు చిప్ సబ్‌స్ట్రేట్‌లను ఒక సిలికాన్ ఇంటర్‌లేయర్‌లో కలపడం ద్వారా ఈ పరిమితిని అధిగమిస్తుంది, దీనివల్ల రెండింతలు పెద్దదైన సూపర్-పార్టికల్-లిమిటెడ్ సబ్‌స్ట్రేట్ ఏర్పడుతుంది. ఇతర పనితీరు పరిమితులు మెమరీ పరిమాణం మరియు ఆ మెమరీకి ఉన్న దూరం (అంటే మెమరీ బ్యాండ్‌విడ్త్). కొత్త GPU ఆర్కిటెక్చర్‌లు, రెండు GPU చిప్‌లతో పాటు ఒకే సిలికాన్ ఇంటర్‌పోజర్‌పై అమర్చబడిన స్టాక్డ్ హై-బ్యాండ్‌విడ్త్ మెమరీ (HBM)ని ఉపయోగించడం ద్వారా ఈ సమస్యను అధిగమిస్తాయి. సిలికాన్ పరంగా చూస్తే, అధిక బ్యాండ్‌విడ్త్ కోసం అవసరమైన హై-ప్యారలల్ ఇంటర్‌ఫేస్ కారణంగా, HBMలోని ప్రతి బిట్ సిలికాన్ వైశాల్యం సాంప్రదాయ DRAM కంటే రెండింతలు ఎక్కువగా ఉండటమే సమస్య. HBM ప్రతి స్టాక్‌లో ఒక లాజిక్ కంట్రోల్ చిప్‌ను కూడా ఏకీకృతం చేస్తుంది, దీనివల్ల సిలికాన్ వైశాల్యం పెరుగుతుంది. ఒక స్థూల గణన ప్రకారం, 2.5D GPU ఆర్కిటెక్చర్‌లో ఉపయోగించే సిలికాన్ వైశాల్యం, సాంప్రదాయ 2.0D ఆర్కిటెక్చర్ కంటే 2.5 నుండి 3 రెట్లు ఎక్కువగా ఉంటుంది. ఇంతకు ముందే చెప్పినట్లుగా, ఫౌండ్రీ కంపెనీలు ఈ మార్పుకు సిద్ధంగా లేకపోతే, సిలికాన్ వేఫర్ సామర్థ్యం మళ్లీ చాలా కొరతగా మారవచ్చు.

సిలికాన్ వేఫర్ మార్కెట్ యొక్క భవిష్యత్ సామర్థ్యం

సెమీకండక్టర్ తయారీకి సంబంధించిన మూడు సూత్రాలలో మొదటిది ఏమిటంటే, అతి తక్కువ డబ్బు అందుబాటులో ఉన్నప్పుడు అత్యధిక డబ్బును పెట్టుబడిగా పెట్టాలి. ఈ పరిశ్రమ యొక్క ఆవర్తన స్వభావం కారణంగా ఇది జరుగుతుంది, మరియు సెమీకండక్టర్ కంపెనీలు ఈ నియమాన్ని పాటించడంలో ఇబ్బంది పడతాయి. పటంలో చూపినట్లుగా, చాలా సిలికాన్ వేఫర్ తయారీదారులు ఈ మార్పు ప్రభావాన్ని గుర్తించి, గత కొన్ని త్రైమాసికాలలో తమ మొత్తం త్రైమాసిక మూలధన వ్యయాలను దాదాపు మూడు రెట్లు పెంచారు. క్లిష్టమైన మార్కెట్ పరిస్థితులు ఉన్నప్పటికీ, ఇప్పటికీ ఇదే పరిస్థితి ఉంది. ఇంకా ఆసక్తికరమైన విషయం ఏమిటంటే, ఈ ధోరణి చాలా కాలంగా కొనసాగుతోంది. సిలికాన్ వేఫర్ కంపెనీలు అదృష్టవంతులు లేదా ఇతరులకు తెలియని విషయం వారికి తెలుసు. సెమీకండక్టర్ సరఫరా గొలుసు అనేది భవిష్యత్తును అంచనా వేయగల ఒక కాలయంత్రం. మీ భవిష్యత్తు వేరొకరి గతం కావచ్చు. మనకు ఎల్లప్పుడూ సమాధానాలు లభించకపోయినా, దాదాపు ఎల్లప్పుడూ విలువైన ప్రశ్నలు ఎదురవుతాయి.