വ്യവസായ വാർത്തകൾ: ജിപിയു സിലിക്കൺ വേഫറുകളുടെ ആവശ്യം വർദ്ധിപ്പിക്കുന്നു

ഭൂമിയിൽ ഓക്സിജൻ കഴിഞ്ഞാൽ ഏറ്റവും സാധാരണമായ രണ്ടാമത്തെ വസ്തുവാണ് സിലിക്കൺ, പ്രപഞ്ചത്തിൽ ഏറ്റവും സാധാരണമായ ഏഴാമത്തെ വസ്തുവും സിലിക്കൺ ആണ്. സിലിക്കൺ ഒരു അർദ്ധചാലകമാണ്, അതായത് ചാലകങ്ങൾക്കും (ചെമ്പ് പോലുള്ളവ) ഇൻസുലേറ്ററുകൾക്കും (ഗ്ലാസ് പോലുള്ളവ) ഇടയിൽ ഇതിന് വൈദ്യുത ഗുണങ്ങളുണ്ട്. സിലിക്കൺ ഘടനയിലെ ഒരു ചെറിയ അളവിലുള്ള വിദേശ ആറ്റങ്ങൾക്ക് അതിന്റെ സ്വഭാവത്തെ അടിസ്ഥാനപരമായി മാറ്റാൻ കഴിയും, അതിനാൽ സെമികണ്ടക്ടർ-ഗ്രേഡ് സിലിക്കണിന്റെ പരിശുദ്ധി അതിശയകരമാംവിധം ഉയർന്നതായിരിക്കണം. ഇലക്ട്രോണിക്-ഗ്രേഡ് സിലിക്കണിന് സ്വീകാര്യമായ ഏറ്റവും കുറഞ്ഞ പരിശുദ്ധി 99.999999% ആണ്.

അതായത്, ഓരോ പത്ത് ബില്യൺ ആറ്റങ്ങൾക്കും ഒരു സിലിക്കൺ അല്ലാത്ത ആറ്റം മാത്രമേ അനുവദിക്കൂ. നല്ല കുടിവെള്ളം 40 ദശലക്ഷം ജലേതര തന്മാത്രകളെ അനുവദിക്കുന്നു, ഇത് സെമികണ്ടക്ടർ-ഗ്രേഡ് സിലിക്കണിനേക്കാൾ 50 ദശലക്ഷം മടങ്ങ് കുറവ് ശുദ്ധമാണ്.

ബ്ലാങ്ക് സിലിക്കൺ വേഫർ നിർമ്മാതാക്കൾ ഉയർന്ന ശുദ്ധതയുള്ള സിലിക്കണിനെ പൂർണ്ണമായ സിംഗിൾ-ക്രിസ്റ്റൽ ഘടനകളാക്കി മാറ്റണം. ഉചിതമായ താപനിലയിൽ ഒരു സിംഗിൾ മദർ ക്രിസ്റ്റലിനെ ഉരുകിയ സിലിക്കണിലേക്ക് അവതരിപ്പിച്ചുകൊണ്ടാണ് ഇത് ചെയ്യുന്നത്. പുതിയ മകൾ പരലുകൾ മാതൃ പരലിനു ചുറ്റും വളരാൻ തുടങ്ങുമ്പോൾ, ഉരുകിയ സിലിക്കണിൽ നിന്ന് സിലിക്കൺ ഇൻഗോട്ട് പതുക്കെ രൂപം കൊള്ളുന്നു. പ്രക്രിയ മന്ദഗതിയിലാണ്, ഒരു ആഴ്ച എടുത്തേക്കാം. പൂർത്തിയായ സിലിക്കൺ ഇൻഗോട്ടിന് ഏകദേശം 100 കിലോഗ്രാം ഭാരമുണ്ട്, 3,000-ത്തിലധികം വേഫറുകൾ നിർമ്മിക്കാൻ കഴിയും.

വളരെ നേർത്ത വജ്ര വയർ ഉപയോഗിച്ച് വേഫറുകൾ നേർത്ത കഷ്ണങ്ങളാക്കി മുറിക്കുന്നു. സിലിക്കൺ കട്ടിംഗ് ഉപകരണങ്ങളുടെ കൃത്യത വളരെ ഉയർന്നതാണ്, ഓപ്പറേറ്റർമാരെ നിരന്തരം നിരീക്ഷിക്കണം, അല്ലെങ്കിൽ അവർ മുടിയിൽ മണ്ടത്തരങ്ങൾ ചെയ്യാൻ ഉപകരണങ്ങൾ ഉപയോഗിക്കാൻ തുടങ്ങും. സിലിക്കൺ വേഫറുകളുടെ ഉൽപാദനത്തെക്കുറിച്ചുള്ള ഹ്രസ്വമായ ആമുഖം വളരെ ലളിതമാക്കിയിരിക്കുന്നു, മാത്രമല്ല പ്രതിഭകളുടെ സംഭാവനകളെ പൂർണ്ണമായും അംഗീകരിക്കുന്നില്ല; എന്നാൽ സിലിക്കൺ വേഫർ ബിസിനസിനെക്കുറിച്ച് കൂടുതൽ ആഴത്തിൽ മനസ്സിലാക്കുന്നതിനുള്ള ഒരു പശ്ചാത്തലം ഇത് നൽകുമെന്ന് പ്രതീക്ഷിക്കുന്നു.

സിലിക്കൺ വേഫറുകളുടെ വിതരണവും ആവശ്യകതയും തമ്മിലുള്ള ബന്ധം

സിലിക്കൺ വേഫർ വിപണി നാല് കമ്പനികളാണ് ആധിപത്യം പുലർത്തുന്നത്. വളരെക്കാലമായി, വിപണി വിതരണത്തിനും ആവശ്യകതയ്ക്കും ഇടയിൽ ഒരു സൂക്ഷ്മമായ സന്തുലിതാവസ്ഥയിലാണ്.
2023-ൽ സെമികണ്ടക്ടർ വിൽപ്പനയിലുണ്ടായ ഇടിവ് വിപണിയെ അമിത വിതരണത്തിലേക്ക് നയിച്ചു, ഇത് ചിപ്പ് നിർമ്മാതാക്കളുടെ ആന്തരികവും ബാഹ്യവുമായ ഇൻവെന്ററികൾ ഉയർന്നതാക്കി. എന്നിരുന്നാലും, ഇത് ഒരു താൽക്കാലിക സാഹചര്യം മാത്രമാണ്. വിപണി വീണ്ടെടുക്കുമ്പോൾ, വ്യവസായം ഉടൻ തന്നെ ശേഷിയുടെ അരികിലേക്ക് മടങ്ങും, കൂടാതെ AI വിപ്ലവം കൊണ്ടുവന്ന അധിക ആവശ്യം നിറവേറ്റേണ്ടതുണ്ട്. പരമ്പരാഗത സിപിയു അധിഷ്ഠിത ആർക്കിടെക്ചറിൽ നിന്ന് ത്വരിതപ്പെടുത്തിയ കമ്പ്യൂട്ടിംഗിലേക്കുള്ള മാറ്റം മുഴുവൻ വ്യവസായത്തിലും സ്വാധീനം ചെലുത്തും, എന്നിരുന്നാലും, ഇത് സെമികണ്ടക്ടർ വ്യവസായത്തിന്റെ കുറഞ്ഞ മൂല്യമുള്ള വിഭാഗങ്ങളിൽ സ്വാധീനം ചെലുത്തിയേക്കാം.

ഗ്രാഫിക്സ് പ്രോസസ്സിംഗ് യൂണിറ്റ് (GPU) ആർക്കിടെക്ചറുകൾക്ക് കൂടുതൽ സിലിക്കൺ ഏരിയ ആവശ്യമാണ്.

പ്രകടനത്തിനുള്ള ആവശ്യം വർദ്ധിക്കുന്നതിനനുസരിച്ച്, GPU-കളിൽ നിന്ന് ഉയർന്ന പ്രകടനം നേടുന്നതിന് GPU നിർമ്മാതാക്കൾ ചില ഡിസൈൻ പരിമിതികൾ മറികടക്കേണ്ടതുണ്ട്. വ്യക്തമായും, ചിപ്പ് വലുതാക്കുന്നത് ഉയർന്ന പ്രകടനം നേടാനുള്ള ഒരു മാർഗമാണ്, കാരണം ഇലക്ട്രോണുകൾ വ്യത്യസ്ത ചിപ്പുകൾക്കിടയിൽ ദീർഘദൂരം സഞ്ചരിക്കാൻ ഇഷ്ടപ്പെടുന്നില്ല, ഇത് പ്രകടനത്തെ പരിമിതപ്പെടുത്തുന്നു. എന്നിരുന്നാലും, ചിപ്പ് വലുതാക്കുന്നതിന് ഒരു പ്രായോഗിക പരിമിതിയുണ്ട്, അത് "റെറ്റിന പരിധി" എന്നറിയപ്പെടുന്നു.

സെമികണ്ടക്ടർ നിർമ്മാണത്തിൽ ഉപയോഗിക്കുന്ന ഒരു ലിത്തോഗ്രാഫി മെഷീനിൽ ഒരൊറ്റ ഘട്ടത്തിൽ തുറന്നുകാട്ടാൻ കഴിയുന്ന ഒരു ചിപ്പിന്റെ പരമാവധി വലുപ്പത്തെയാണ് ലിത്തോഗ്രാഫി പരിധി സൂചിപ്പിക്കുന്നത്. ലിത്തോഗ്രാഫി ഉപകരണങ്ങളുടെ, പ്രത്യേകിച്ച് ലിത്തോഗ്രാഫി പ്രക്രിയയിൽ ഉപയോഗിക്കുന്ന സ്റ്റെപ്പർ അല്ലെങ്കിൽ സ്കാനറിന്റെ പരമാവധി കാന്തികക്ഷേത്ര വലുപ്പമാണ് ഈ പരിധി നിർണ്ണയിക്കുന്നത്. ഏറ്റവും പുതിയ സാങ്കേതികവിദ്യയ്ക്ക്, മാസ്ക് പരിധി സാധാരണയായി ഏകദേശം 858 ചതുരശ്ര മില്ലിമീറ്ററാണ്. ഈ വലുപ്പ പരിധി വളരെ പ്രധാനമാണ്, കാരണം ഇത് ഒരു എക്സ്പോഷറിൽ വേഫറിൽ പാറ്റേൺ ചെയ്യാൻ കഴിയുന്ന പരമാവധി വിസ്തീർണ്ണം നിർണ്ണയിക്കുന്നു. വേഫർ ഈ പരിധിയേക്കാൾ വലുതാണെങ്കിൽ, വേഫറിനെ പൂർണ്ണമായും പാറ്റേൺ ചെയ്യാൻ ഒന്നിലധികം എക്സ്പോഷറുകൾ ആവശ്യമായി വരും, സങ്കീർണ്ണതയും അലൈൻമെന്റ് വെല്ലുവിളികളും കാരണം വൻതോതിലുള്ള ഉൽപ്പാദനത്തിന് ഇത് അപ്രായോഗികമാണ്. കണികാ വലുപ്പ പരിമിതികളുള്ള രണ്ട് ചിപ്പ് സബ്‌സ്‌ട്രേറ്റുകളെ ഒരു സിലിക്കൺ ഇന്റർലെയറിലേക്ക് സംയോജിപ്പിച്ച്, ഇരട്ടി വലുതായ ഒരു സൂപ്പർ-പാർട്ടിക്കിൾ-ലിമിറ്റഡ് സബ്‌സ്‌ട്രേറ്റ് രൂപപ്പെടുത്തുന്നതിലൂടെ പുതിയ GB200 ഈ പരിമിതിയെ മറികടക്കും. മറ്റ് പ്രകടന പരിമിതികൾ മെമ്മറിയുടെ അളവും ആ മെമ്മറിയിലേക്കുള്ള ദൂരവുമാണ് (അതായത് മെമ്മറി ബാൻഡ്‌വിഡ്ത്ത്). രണ്ട് GPU ചിപ്പുകളുള്ള ഒരേ സിലിക്കൺ ഇന്റർപോസറിൽ ഇൻസ്റ്റാൾ ചെയ്തിരിക്കുന്ന സ്റ്റാക്ക്ഡ് ഹൈ-ബാൻഡ്‌വിഡ്ത്ത് മെമ്മറി (HBM) ഉപയോഗിച്ച് പുതിയ GPU ആർക്കിടെക്ചറുകൾ ഈ പ്രശ്നം മറികടക്കുന്നു. സിലിക്കൺ വീക്ഷണകോണിൽ നിന്ന് നോക്കുമ്പോൾ, ഉയർന്ന ബാൻഡ്‌വിഡ്ത്തിന് ആവശ്യമായ ഉയർന്ന പാരലൽ ഇന്റർഫേസ് കാരണം ഓരോ ബിറ്റ് സിലിക്കൺ ഏരിയയും പരമ്പരാഗത DRAM-ന്റെ ഇരട്ടിയാണ് എന്നതാണ് HBM-ലെ പ്രശ്നം. ഓരോ സ്റ്റാക്കിലേക്കും HBM ഒരു ലോജിക് കൺട്രോൾ ചിപ്പ് സംയോജിപ്പിച്ച് സിലിക്കൺ ഏരിയ വർദ്ധിപ്പിക്കുന്നു. 2.5D GPU ആർക്കിടെക്ചറിൽ ഉപയോഗിക്കുന്ന സിലിക്കൺ ഏരിയ പരമ്പരാഗത 2.0D ആർക്കിടെക്ചറിന്റെ 2.5 മുതൽ 3 മടങ്ങ് വരെയാണെന്ന് ഒരു ഏകദേശ കണക്കുകൂട്ടൽ കാണിക്കുന്നു. നേരത്തെ സൂചിപ്പിച്ചതുപോലെ, ഫൗണ്ടറി കമ്പനികൾ ഈ മാറ്റത്തിന് തയ്യാറായില്ലെങ്കിൽ, സിലിക്കൺ വേഫർ ശേഷി വീണ്ടും വളരെ ഇറുകിയതായിത്തീരും.

സിലിക്കൺ വേഫർ വിപണിയുടെ ഭാവി ശേഷി

സെമികണ്ടക്ടർ നിർമ്മാണത്തിലെ മൂന്ന് നിയമങ്ങളിൽ ആദ്യത്തേത്, ഏറ്റവും കുറഞ്ഞ തുക ലഭ്യമാകുമ്പോൾ ഏറ്റവും കൂടുതൽ പണം നിക്ഷേപിക്കേണ്ടതുണ്ട് എന്നതാണ്. വ്യവസായത്തിന്റെ ചാക്രിക സ്വഭാവം മൂലമാണ് ഇത് സംഭവിക്കുന്നത്, സെമികണ്ടക്ടർ കമ്പനികൾക്ക് ഈ നിയമം പാലിക്കാൻ പ്രയാസമാണ്. ചിത്രത്തിൽ കാണിച്ചിരിക്കുന്നതുപോലെ, മിക്ക സിലിക്കൺ വേഫർ നിർമ്മാതാക്കളും ഈ മാറ്റത്തിന്റെ ആഘാതം തിരിച്ചറിഞ്ഞിട്ടുണ്ട്, കഴിഞ്ഞ കുറച്ച് പാദങ്ങളിൽ അവരുടെ മൊത്തം ത്രൈമാസ മൂലധന ചെലവുകൾ ഏകദേശം മൂന്നിരട്ടിയായി വർദ്ധിപ്പിച്ചിട്ടുണ്ട്. ബുദ്ധിമുട്ടുള്ള വിപണി സാഹചര്യങ്ങൾക്കിടയിലും, ഇത് ഇപ്പോഴും അങ്ങനെ തന്നെ തുടരുന്നു. അതിലും രസകരമായ കാര്യം, ഈ പ്രവണത വളരെക്കാലമായി തുടരുന്നു എന്നതാണ്. സിലിക്കൺ വേഫർ കമ്പനികൾ ഭാഗ്യവാന്മാരാണ് അല്ലെങ്കിൽ മറ്റുള്ളവർക്ക് അറിയാത്ത എന്തെങ്കിലും അവർക്കറിയാം. സെമികണ്ടക്ടർ വിതരണ ശൃംഖല ഭാവി പ്രവചിക്കാൻ കഴിയുന്ന ഒരു സമയ യന്ത്രമാണ്. നിങ്ങളുടെ ഭാവി മറ്റൊരാളുടെ ഭൂതകാലമായിരിക്കാം. നമുക്ക് എല്ലായ്പ്പോഴും ഉത്തരങ്ങൾ ലഭിക്കുന്നില്ലെങ്കിലും, നമുക്ക് എല്ലായ്പ്പോഴും മൂല്യവത്തായ ചോദ്യങ്ങൾ ലഭിക്കും.