業界ニュース：GPUは、シリコンウェーハの需要を高めています

シリコンは、酸素後の地球上で2番目に一般的な材料であり、宇宙で7番目に一般的な材料です。シリコンは半導体です。つまり、導体（銅など）と絶縁体（ガラスなど）の間に電気的特性があります。シリコン構造内の少量の異物原子は、その挙動を根本的に変化させる可能性があるため、半導体グレードのシリコンの純度は驚くほど高くなければなりません。電子グレードのシリコンの許容可能な最小純度は99.999999％です。

これは、100億原子ごとに1つの非シリコン原子のみが許可されることを意味します。優れた飲料水は、半導体グレードのシリコンよりも純粋に5,000万倍少ない4,000万の非水分子を可能にします。

空白のシリコンウェーハメーカーは、高純度のシリコンを完璧な単結晶構造に変換する必要があります。これは、適切な温度でシングルマザークリスタルを溶融シリコンに導入することによって行われます。新しい娘の結晶が母親の結晶の周りで成長し始めると、シリコンのインゴットは溶けたシリコンからゆっくりと形成されます。プロセスは遅く、1週間かかる場合があります。完成したシリコンインゴットの重量は約100キログラムで、3,000を超えるウェーハを作ることができます。

ウェーハは、非常に細かいダイヤモンドワイヤを使用して薄いスライスにカットされます。シリコン切削工具の精度は非常に高く、オペレーターは絶えず監視する必要があります。または、ツールを使用して髪に愚かなことをする必要があります。シリコンウェーファーの生産の簡単な紹介はあまりにも簡素化されており、天才の貢献を完全に信用していません。しかし、シリコンウェーハビジネスをより深く理解するための背景を提供することが望まれます。

シリコンウェーハの需要と供給の関係

シリコンウェーハ市場は4つの企業に支配されています。長い間、市場は需要と供給の微妙なバランスをとってきました。
2023年の半導体販売の減少により、市場は供給過剰の状態になり、チップメーカーの内部および外部の在庫が高くなりました。ただし、これは一時的な状況にすぎません。市場が回復するにつれて、業界はまもなく容量の端に戻り、AI革命によってもたらされる追加の需要を満たさなければなりません。従来のCPUベースのアーキテクチャから加速コンピューティングへの移行は、業界全体に影響を与えますが、これは半導体産業の低価値セグメントに影響を与える可能性があるためです。

グラフィックプロセシングユニット（GPU）アーキテクチャには、より多くのシリコンエリアが必要です

パフォーマンスの需要が増加するにつれて、GPUメーカーはGPUからのより高いパフォーマンスを達成するために、いくつかの設計制限を克服する必要があります。明らかに、チップを大きくすることは、電子が異なるチップ間を長距離を移動することを好まないため、パフォーマンスを制限するため、より高いパフォーマンスを実現する1つの方法です。ただし、「網膜の制限」として知られるチップを大きくするには、実際的な制限があります。

リソグラフィーの制限とは、半導体製造で使用されるリソグラフィマシンの単一のステップで露出できるチップの最大サイズを指します。この制限は、リソグラフィ装置の最大磁場サイズ、特にリソグラフィプロセスで使用されるステッパーまたはスキャナーによって決定されます。最新のテクノロジーの場合、マスク制限は通常、約858平方ミリメートルです。このサイズの制限は、1回の暴露でウェーハ上でパターン化できる最大領域を決定するため、非常に重要です。ウェーハがこの制限よりも大きい場合、ウェーハを完全にパターン化するには複数の曝露が必要になります。これは、複雑さとアラインメントの課題のために大量生産には非現実的です。新しいGB200は、2つのチップ基質と粒子サイズの制限をシリコン中間層に組み合わせて、2倍の大きい粒子制限基板を形成することにより、この制限を克服します。その他のパフォーマンスの制限は、メモリの量とそのメモリまでの距離（つまり、メモリ帯域幅）です。新しいGPUアーキテクチャは、2つのGPUチップと同じシリコンインターポーザーに取り付けられた積み重ねられた高帯域幅メモリ（HBM）を使用することにより、この問題を克服します。シリコンの観点から見ると、HBMの問題は、シリコン領域の各ビットが、帯域幅が高いために必要な平行インターフェイスのために、従来のDRAMの2倍であることです。 HBMはまた、各スタックにロジックコントロールチップを統合し、シリコン領域を増加させます。大まかな計算では、2.5D GPUアーキテクチャで使用されているシリコンエリアが、従来の2.0Dアーキテクチャの2.5〜3倍であることが示されています。前述のように、この変更のために鋳造会社が準備されていない限り、シリコンウェーハ容量は再び非常に緊密になる可能性があります。

シリコンウェーハ市場の将来の能力

半導体製造の3つの法律の最初のものは、最小限の金額が利用可能な場合に最も多くのお金を投資する必要があることです。これは業界の循環的な性質によるものであり、半導体企業はこの規則に従って苦労しています。図に示されているように、ほとんどのシリコンウェーハメーカーは、この変化の影響を認識しており、過去数四半期に四半期ごとの資本支出をほぼ3倍にしています。困難な市場の状況にもかかわらず、これはまだ当てはまります。さらに興味深いのは、この傾向が長い間続いていることです。シリコンウェーハ企業は幸運であるか、他の人がそうでないことを知っています。半導体サプライチェーンは、未来を予測できるタイムマシンです。あなたの未来は他の誰かの過去かもしれません。私たちはいつも答えを得るとは限りませんが、ほとんどの場合、価値のある質問を受け取ります。