Berita Industri: GPU meningkatkan permintaan wafer silikon

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

Artinya, 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 lebih murni dibandingkan silikon tingkat 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, ingot silikon perlahan terbentuk dari silikon cair.Prosesnya lambat dan mungkin memakan waktu seminggu.Ingot silikon yang sudah jadi memiliki berat sekitar 100 kilogram dan dapat menghasilkan 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.Pengenalan singkat tentang produksi wafer silikon terlalu disederhanakan dan tidak sepenuhnya menghargai kontribusi para jenius;namun diharapkan dapat memberikan latar belakang pemahaman yang lebih mendalam mengenai bisnis wafer silikon.

Hubungan penawaran dan permintaan wafer silikon

Pasar wafer silikon didominasi oleh empat perusahaan.Untuk waktu yang lama, pasar berada dalam keseimbangan antara penawaran dan permintaan.
Penurunan penjualan semikonduktor pada tahun 2023 menyebabkan pasar berada dalam kondisi kelebihan pasokan sehingga menyebabkan persediaan internal dan eksternal produsen chip menjadi tinggi.Namun, ini hanyalah situasi sementara.Ketika pasar pulih, industri akan segera kembali ke batas kapasitasnya dan harus memenuhi permintaan tambahan yang disebabkan oleh revolusi AI.Transisi dari arsitektur berbasis CPU tradisional ke komputasi yang dipercepat akan berdampak pada seluruh industri, karena hal ini mungkin berdampak pada segmen industri semikonduktor yang bernilai rendah.

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

Seiring dengan meningkatnya permintaan performa, produsen GPU harus mengatasi beberapa keterbatasan desain untuk mencapai performa yang lebih tinggi dari GPU.Tentu saja, memperbesar chip adalah salah satu cara untuk mencapai kinerja yang lebih tinggi, karena elektron tidak suka melakukan perjalanan jarak jauh antar chip yang berbeda, sehingga membatasi kinerja.Namun, ada batasan praktis untuk memperbesar chip, yang dikenal sebagai "batas retina".

Batas litografi mengacu pada ukuran maksimum sebuah chip yang dapat diekspos dalam satu langkah dalam mesin litografi yang digunakan dalam pembuatan semikonduktor.Batasan ini ditentukan oleh besar kecilnya medan magnet maksimum pada peralatan litografi, terutama stepper atau scanner yang digunakan dalam proses litografi.Untuk teknologi terkini, batas masker biasanya berkisar 858 milimeter persegi.Batasan ukuran ini sangat penting karena menentukan area maksimal yang dapat dipola pada wafer dalam sekali pemaparan.Jika wafer lebih besar dari batas ini, beberapa eksposur akan diperlukan untuk membuat pola wafer sepenuhnya, yang tidak praktis untuk produksi massal karena tantangan kompleksitas dan penyelarasan.GB200 baru akan mengatasi keterbatasan ini dengan menggabungkan dua substrat chip dengan batasan ukuran partikel ke dalam interlayer silikon, membentuk substrat super-terbatas partikel yang berukuran dua kali lebih besar.Batasan kinerja lainnya adalah jumlah memori dan jarak ke memori tersebut (yaitu bandwidth memori).Arsitektur GPU baru mengatasi masalah ini dengan menggunakan tumpukan memori bandwidth tinggi (HBM) yang dipasang pada interposer silikon yang sama dengan dua chip GPU.Dari perspektif silikon, masalah dengan HBM adalah setiap bit area silikon dua kali lipat dari DRAM tradisional karena antarmuka paralel tinggi yang diperlukan untuk bandwidth 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 lipat dari arsitektur 2.0D tradisional.Seperti disebutkan sebelumnya, kecuali perusahaan pengecoran siap menghadapi perubahan ini, kapasitas wafer silikon mungkin akan menjadi sangat terbatas lagi.

Kapasitas masa depan pasar wafer silikon

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