Berita Industri: GPU meningkatkan permintaan wafer silikon

Silikon merupakan material kedua yang paling umum di Bumi, setelah oksigen, dan material ketujuh yang paling umum di alam semesta. Silikon merupakan semikonduktor, yang berarti ia memiliki sifat listrik antara konduktor (seperti tembaga) dan isolator (seperti kaca). Sejumlah kecil atom asing dalam struktur silikon dapat mengubah perilakunya secara mendasar, sehingga kemurnian silikon kelas semikonduktor pasti sangat tinggi. Kemurnian minimum yang dapat diterima untuk silikon kelas elektronik adalah 99,999999%.

Ini berarti bahwa hanya satu atom non-silikon yang diperbolehkan untuk setiap sepuluh miliar atom. Air minum yang baik memungkinkan adanya 40 juta molekul non-air, yang 50 juta kali kurang murni daripada silikon kelas semikonduktor.

Produsen wafer silikon kosong harus mengubah silikon dengan kemurnian tinggi menjadi struktur kristal tunggal yang sempurna. Hal ini dilakukan dengan memasukkan kristal induk tunggal ke dalam silikon cair pada suhu yang sesuai. Saat kristal anak baru mulai tumbuh di sekitar kristal induk, batangan silikon perlahan terbentuk dari silikon cair. Prosesnya lambat dan mungkin memakan waktu seminggu. Batangan silikon yang sudah jadi beratnya sekitar 100 kilogram dan dapat membuat lebih dari 3.000 wafer.

Wafer dipotong menjadi irisan tipis menggunakan kawat berlian yang sangat halus. Ketepatan alat pemotong silikon sangat tinggi, dan operator harus terus dipantau, atau mereka akan mulai menggunakan alat tersebut untuk melakukan hal-hal konyol pada rambut mereka. Pengantar singkat tentang produksi wafer silikon terlalu disederhanakan dan tidak sepenuhnya menghargai kontribusi para jenius; tetapi diharapkan dapat memberikan latar belakang untuk pemahaman yang lebih mendalam tentang bisnis wafer silikon.

Hubungan penawaran dan permintaan wafer silikon

Pasar wafer silikon didominasi oleh empat perusahaan. Selama ini, pasar berada dalam keseimbangan yang rumit antara penawaran dan permintaan.
Penurunan penjualan semikonduktor pada tahun 2023 telah menyebabkan pasar berada dalam kondisi kelebihan pasokan, yang menyebabkan persediaan internal dan eksternal produsen chip menjadi tinggi. Namun, ini hanya situasi sementara. Seiring pulihnya pasar, industri akan segera kembali ke ambang kapasitas dan harus memenuhi permintaan tambahan yang ditimbulkan oleh revolusi AI. Transisi dari arsitektur berbasis CPU tradisional ke komputasi yang dipercepat akan berdampak pada seluruh industri, seperti halnya Namun, ini mungkin berdampak pada segmen bernilai rendah dari industri semikonduktor.

Arsitektur Graphics Processing Unit (GPU) membutuhkan lebih banyak area silikon

Karena permintaan akan kinerja meningkat, produsen GPU harus mengatasi beberapa keterbatasan desain untuk mencapai kinerja yang lebih tinggi dari GPU. Jelas, membuat chip lebih besar adalah salah satu cara untuk mencapai kinerja yang lebih tinggi, karena elektron tidak suka menempuh jarak yang jauh di antara chip yang berbeda, yang membatasi kinerja. Namun, ada batasan praktis untuk membuat chip lebih besar, yang dikenal sebagai "batas retina".

Batasan litografi mengacu pada ukuran maksimum chip yang dapat diekspos dalam satu langkah dalam mesin litografi yang digunakan dalam manufaktur semikonduktor. Keterbatasan ini ditentukan oleh ukuran medan magnet maksimum dari peralatan litografi, terutama stepper atau pemindai yang digunakan dalam proses litografi. Untuk teknologi terbaru, batas topeng biasanya sekitar 858 milimeter persegi. Keterbatasan ukuran ini sangat penting karena menentukan area maksimum yang dapat dipola pada wafer dalam satu paparan. Jika wafer lebih besar dari batas ini, beberapa paparan akan diperlukan untuk sepenuhnya mempola wafer, yang tidak praktis untuk produksi massal karena kompleksitas dan tantangan penyelarasan. GB200 baru akan mengatasi keterbatasan ini dengan menggabungkan dua substrat chip dengan keterbatasan ukuran partikel menjadi interlayer silikon, membentuk substrat super-partikel terbatas yang dua kali lebih besar. Keterbatasan kinerja lainnya adalah jumlah memori dan jarak ke memori itu (yaitu bandwidth memori). Arsitektur GPU baru mengatasi masalah ini dengan menggunakan memori pita lebar tinggi (HBM) bertumpuk yang dipasang pada interposer silikon yang sama dengan dua chip GPU. Dari perspektif silikon, masalah dengan HBM adalah bahwa setiap bit area silikon dua kali lebih besar dari DRAM tradisional karena antarmuka paralel tinggi yang diperlukan untuk pita lebar tinggi. HBM juga mengintegrasikan chip kontrol logika ke dalam setiap tumpukan, sehingga meningkatkan area silikon. Perhitungan kasar menunjukkan bahwa area silikon yang digunakan dalam arsitektur GPU 2.5D adalah 2,5 hingga 3 kali lebih besar dari arsitektur 2.0D tradisional. Seperti yang disebutkan sebelumnya, kecuali perusahaan pengecoran siap untuk perubahan ini, kapasitas wafer silikon mungkin akan menjadi sangat ketat lagi.

Kapasitas masa depan pasar wafer silikon

Hukum pertama dari tiga hukum manufaktur semikonduktor adalah bahwa uang paling banyak perlu diinvestasikan ketika jumlah uang paling sedikit tersedia. Hal ini disebabkan oleh sifat siklus industri, dan perusahaan semikonduktor mengalami kesulitan mengikuti aturan ini. Seperti yang ditunjukkan pada gambar, sebagian besar produsen wafer silikon telah menyadari dampak dari perubahan ini dan telah melipatgandakan total belanja modal triwulanan mereka hampir tiga kali lipat dalam beberapa triwulan terakhir. Meskipun kondisi pasar sulit, hal ini masih terjadi. Yang lebih menarik adalah bahwa tren ini telah berlangsung lama. Perusahaan wafer silikon beruntung atau mengetahui sesuatu yang tidak diketahui orang lain. Rantai pasokan semikonduktor adalah mesin waktu yang dapat memprediksi masa depan. Masa depan Anda mungkin merupakan masa lalu orang lain. Meskipun kami tidak selalu mendapatkan jawaban, kami hampir selalu mendapatkan pertanyaan yang berharga.