Au fond de la chaîne d'approvisionnement, certains magiciens transforment le sable en disques de cristal de silicium structuré en diamant parfait, qui sont essentiels à toute la chaîne d'approvisionnement des semi-conducteurs. Ils font partie de la chaîne d'approvisionnement des semi-conducteurs qui augmente la valeur du "sable de silicium" de près de mille fois. La légère lueur que vous voyez sur la plage est le silicium. Le silicium est un cristal complexe avec la fragilité et le métal solide (propriétés métalliques et non métalliques). Le silicium est partout.
Le silicium est le deuxième matériau le plus courant sur Terre, après l'oxygène, et le septième matériau le plus commun dans l'univers. Le silicium est un semi-conducteur, ce qui signifie qu'il a des propriétés électriques entre les conducteurs (comme le cuivre) et les isolateurs (comme le verre). Une petite quantité d'atomes étrangers dans la structure du silicium peut fondamentalement modifier son comportement, de sorte que la pureté du silicium de qualité semi-conducteur doit être étonnamment élevée. La pureté minimale acceptable pour le silicium de qualité électronique est de 99,999999%.
Cela signifie qu'un seul atome non-silicium est autorisé pour tous les dix milliards d'atomes. La bonne eau potable permet 40 millions de molécules non eaux, ce qui est 50 millions de fois moins pur que le silicium de qualité semi-conducteur.
Les fabricants de plaquettes en silicium vierge doivent convertir le silicium de haute pureté en structures monocristallines parfaites. Cela se fait en introduisant un cristal de mère célibataire dans du silicium fondu à la température appropriée. Alors que de nouveaux cristaux de fille commencent à grandir autour du cristal mère, le lingot de silicium se forme lentement à partir du silicium fondu. Le processus est lent et peut prendre une semaine. Le lingot de silicium fini pèse environ 100 kilogrammes et peut faire plus de 3 000 plateaux.
Les plaquettes sont coupées en tranches minces à l'aide d'un fil de diamant très fin. La précision des outils de coupe en silicium est très élevée et les opérateurs doivent être constamment surveillés, ou ils commenceront à utiliser les outils pour faire des choses idiotes à leurs cheveux. La brève introduction à la production de tranches de silicium est trop simplifiée et ne crédite pas entièrement les contributions des génies; Mais nous espérons fournir un contexte pour une compréhension plus approfondie de l'entreprise de plaquette de silicium.
La relation de l'offre et de la demande des tranches de silicium
Le marché de la plaquette de silicium est dominé par quatre sociétés. Depuis longtemps, le marché est dans un équilibre délicat entre l'offre et la demande.
La baisse des ventes de semi-conducteurs en 2023 a conduit le marché à être dans un état d'offre excédentaire, ce qui fait que les stocks internes et externes des fabricants de puces sont élevés. Cependant, ce n'est qu'une situation temporaire. Au fur et à mesure que le marché se rétablit, l'industrie reviendra bientôt au bord de la capacité et doit répondre à la demande supplémentaire provoquée par la révolution de l'IA. La transition de l'architecture traditionnelle basée sur le processeur à l'informatique accélérée aura un impact sur l'ensemble de l'industrie, car cependant, cela peut avoir un impact sur les segments de faible valeur de l'industrie des semi-conducteurs.
Les architectures de l'unité de traitement graphique (GPU) nécessitent plus de zone de silicium
À mesure que la demande de performances augmente, les fabricants de GPU doivent surmonter certaines limitations de conception pour atteindre des performances plus élevées des GPU. De toute évidence, rendre la puce plus grande est une façon d'atteindre des performances plus élevées, car les électrons n'aiment pas parcourir de longues distances entre différentes puces, ce qui limite les performances. Cependant, il y a une limitation pratique à l'amélioration de la puce, connue sous le nom de "limite de rétine".
La limite de lithographie fait référence à la taille maximale d'une puce qui peut être exposée en une seule étape dans une machine de lithographie utilisée dans la fabrication de semi-conducteurs. Cette limitation est déterminée par la taille maximale du champ magnétique de l'équipement de lithographie, en particulier le sabot ou le scanner utilisé dans le processus de lithographie. Pour les dernières technologies, la limite de masque est généralement d'environ 858 millimètres carrés. Cette limitation de la taille est très importante car elle détermine la zone maximale qui peut être motivée sur la tranche en une seule exposition. Si la plaquette est plus grande que cette limite, plusieurs expositions seront nécessaires pour modéliser pleinement la plaquette, ce qui n'est pas pratique pour la production de masse en raison des défis de complexité et d'alignement. Le nouveau GB200 surmontera cette limitation en combinant deux substrats de puce avec des limitations de taille des particules en un intercouche de silicium, formant un substrat limité à super-particules qui est deux fois plus grand. Les autres limitations de performances sont la quantité de mémoire et la distance à cette mémoire (c'est-à-dire la bande passante de mémoire). De nouvelles architectures GPU surmontent ce problème en utilisant la mémoire empilée de la bande passante haute (HBM) qui est installée sur le même interôteur de silicium avec deux puces GPU. Dans une perspective de silicium, le problème avec HBM est que chaque bit de silicium est le double de celle du DRAM traditionnel en raison de l'interface parallèle haute requise pour une bande passante élevée. HBM intègre également une puce de commande logique dans chaque pile, augmentant la zone du silicium. Un calcul approximatif montre que la zone de silicium utilisée dans l'architecture GPU 2.5D est de 2,5 à 3 fois celle de l'architecture 2.0D traditionnelle. Comme mentionné précédemment, à moins que les compagnies de fonderie ne soient préparées à ce changement, la capacité de plaquette de silicium peut redevenir très serrée.
Capacité future du marché des plaquettes en silicium
La première des trois lois de la fabrication de semi-conducteurs est que le plus d'argent doit être investi lorsque le moins d'argent est disponible. Cela est dû à la nature cyclique de l'industrie, et les sociétés de semi-conducteurs ont du mal à suivre cette règle. Comme le montre la figure, la plupart des fabricants de plaquettes de silicium ont reconnu l'impact de ce changement et ont presque triplé leurs dépenses en capital trimestrielles totales au cours des derniers trimestres. Malgré les conditions du marché difficiles, c'est toujours le cas. Ce qui est encore plus intéressant, c'est que cette tendance dure depuis longtemps. Les sociétés de gaufrettes en silicium ont la chance ou savent quelque chose que les autres ne le font pas. La chaîne d'approvisionnement des semi-conducteurs est une machine à remonter le temps qui peut prédire l'avenir. Votre avenir pourrait être le passé de quelqu'un d'autre. Bien que nous n'obtenions pas toujours de réponses, nous obtenons presque toujours des questions valables.
Heure du poste: 17 juin-2024