ในห่วงโซ่อุปทาน นักมายากลบางคนเปลี่ยนทรายให้กลายเป็นแผ่นผลึกซิลิคอนที่มีโครงสร้างเป็นเพชรสมบูรณ์แบบ ซึ่งมีความสำคัญต่อห่วงโซ่อุปทานเซมิคอนดักเตอร์ทั้งหมด แผ่นผลึกซิลิคอนเป็นส่วนหนึ่งของห่วงโซ่อุปทานเซมิคอนดักเตอร์ที่เพิ่มมูลค่าของ "ทรายซิลิคอน" ขึ้นเกือบพันเท่า แสงเรืองรองจางๆ ที่คุณเห็นบนชายหาดคือซิลิคอน ซิลิคอนเป็นผลึกที่ซับซ้อน มีความเปราะบาง และมีลักษณะเป็นโลหะแข็ง (ทั้งคุณสมบัติโลหะและไม่ใช่โลหะ) ซิลิคอนมีอยู่ทุกที่
ซิลิกอนเป็นวัสดุที่พบมากเป็นอันดับสองบนโลก รองจากออกซิเจน และเป็นวัสดุที่พบมากเป็นอันดับเจ็ดในจักรวาล ซิลิกอนเป็นสารกึ่งตัวนำ ซึ่งหมายความว่ามีคุณสมบัติทางไฟฟ้าระหว่างตัวนำ (เช่น ทองแดง) และฉนวน (เช่น แก้ว) อะตอมแปลกปลอมจำนวนเล็กน้อยในโครงสร้างซิลิกอนสามารถเปลี่ยนพฤติกรรมของซิลิกอนได้อย่างพื้นฐาน ดังนั้นความบริสุทธิ์ของซิลิกอนเกรดเซมิคอนดักเตอร์จึงต้องสูงอย่างน่าประหลาดใจ ความบริสุทธิ์ขั้นต่ำที่ยอมรับได้สำหรับซิลิกอนเกรดอิเล็กทรอนิกส์คือ 99.999999%
ซึ่งหมายความว่าอะตอมที่ไม่ใช่ซิลิกอนเพียงหนึ่งอะตอมเท่านั้นที่ได้รับอนุญาตให้มีต่ออะตอมทุกๆ หมื่นล้านอะตอม น้ำดื่มที่ดีจะต้องมีโมเลกุลที่ไม่ใช่น้ำถึง 40 ล้านโมเลกุล ซึ่งน้อยกว่าซิลิกอนเกรดเซมิคอนดักเตอร์ถึง 50 ล้านเท่า
ผู้ผลิตเวเฟอร์ซิลิคอนเปล่าต้องแปลงซิลิคอนที่มีความบริสุทธิ์สูงให้เป็นโครงสร้างผลึกเดี่ยวที่สมบูรณ์แบบ ซึ่งทำได้โดยการนำผลึกแม่เดียวมาใส่ในซิลิคอนหลอมเหลวที่อุณหภูมิที่เหมาะสม เมื่อผลึกลูกใหม่เริ่มเติบโตขึ้นรอบๆ ผลึกแม่ แท่งซิลิคอนจะค่อยๆ ก่อตัวขึ้นจากซิลิคอนหลอมเหลว กระบวนการนี้ดำเนินไปอย่างช้าๆ และอาจใช้เวลานานถึงหนึ่งสัปดาห์ แท่งซิลิคอนสำเร็จรูปมีน้ำหนักประมาณ 100 กิโลกรัม และสามารถผลิตเวเฟอร์ได้มากกว่า 3,000 ชิ้น
เวเฟอร์จะถูกตัดเป็นแผ่นบางๆ โดยใช้ลวดเพชรที่ละเอียดมาก เครื่องมือตัดซิลิกอนมีความแม่นยำสูงมาก และต้องมีการตรวจสอบผู้ปฏิบัติงานอย่างต่อเนื่อง มิฉะนั้น ผู้ปฏิบัติงานจะเริ่มใช้เครื่องมือนี้ทำสิ่งที่แปลกๆ กับผมของพวกเขา การแนะนำสั้นๆ เกี่ยวกับการผลิตเวเฟอร์ซิลิกอนนั้นเรียบง่ายเกินไป และไม่ได้ให้เครดิตกับผลงานของอัจฉริยะเหล่านี้ทั้งหมด แต่หวังว่าจะเป็นพื้นฐานสำหรับความเข้าใจที่ลึกซึ้งยิ่งขึ้นเกี่ยวกับธุรกิจเวเฟอร์ซิลิกอน
ความสัมพันธ์ระหว่างอุปทานและอุปสงค์ของเวเฟอร์ซิลิกอน
ตลาดเวเฟอร์ซิลิคอนถูกครอบงำโดยบริษัทสี่แห่ง เป็นเวลานานแล้วที่ตลาดนี้อยู่ในภาวะสมดุลที่ละเอียดอ่อนระหว่างอุปทานและอุปสงค์
ยอดขายเซมิคอนดักเตอร์ที่ลดลงในปี 2023 ส่งผลให้ตลาดอยู่ในภาวะอุปทานล้นตลาด ทำให้สต๊อกสินค้าภายในและภายนอกของผู้ผลิตชิปมีจำนวนมาก อย่างไรก็ตาม นี่เป็นเพียงสถานการณ์ชั่วคราวเท่านั้น เมื่อตลาดฟื้นตัว อุตสาหกรรมจะกลับสู่ระดับขีดจำกัดของกำลังการผลิตในไม่ช้า และต้องตอบสนองความต้องการเพิ่มเติมที่เกิดจากการปฏิวัติ AI การเปลี่ยนผ่านจากสถาปัตยกรรมแบบ CPU ดั้งเดิมไปสู่การประมวลผลแบบเร่งความเร็วจะมีผลกระทบต่ออุตสาหกรรมทั้งหมด อย่างไรก็ตาม อาจส่งผลกระทบต่อกลุ่มที่มีมูลค่าต่ำของอุตสาหกรรมเซมิคอนดักเตอร์
สถาปัตยกรรมหน่วยประมวลผลกราฟิก (GPU) ต้องใช้พื้นที่ซิลิกอนมากขึ้น
เนื่องจากความต้องการประสิทธิภาพที่เพิ่มขึ้น ผู้ผลิต GPU จึงต้องเอาชนะข้อจำกัดด้านการออกแบบบางประการเพื่อให้ได้ประสิทธิภาพที่สูงขึ้นจาก GPU เห็นได้ชัดว่าการทำให้ชิปมีขนาดใหญ่ขึ้นเป็นวิธีหนึ่งในการบรรลุประสิทธิภาพที่สูงขึ้น เนื่องจากอิเล็กตรอนไม่ชอบเดินทางเป็นระยะทางไกลระหว่างชิปต่างๆ ซึ่งทำให้ประสิทธิภาพลดลง อย่างไรก็ตาม การทำให้ชิปมีขนาดใหญ่ขึ้นมีข้อจำกัดในทางปฏิบัติ ซึ่งเรียกว่า "ขีดจำกัดเรตินา"
ขีดจำกัดของการพิมพ์หินหมายถึงขนาดสูงสุดของชิปที่สามารถเปิดรับแสงในขั้นตอนเดียวในเครื่องพิมพ์หินที่ใช้ในการผลิตเซมิคอนดักเตอร์ ขีดจำกัดนี้กำหนดโดยขนาดสนามแม่เหล็กสูงสุดของอุปกรณ์การพิมพ์หิน โดยเฉพาะสเต็ปเปอร์หรือสแกนเนอร์ที่ใช้ในกระบวนการพิมพ์หิน สำหรับเทคโนโลยีล่าสุด ขีดจำกัดของมาส์กมักจะอยู่ที่ประมาณ 858 ตารางมิลลิเมตร ขีดจำกัดขนาดนี้มีความสำคัญมากเนื่องจากจะกำหนดพื้นที่สูงสุดที่สามารถสร้างลวดลายบนเวเฟอร์ได้ในการเปิดรับแสงครั้งเดียว หากเวเฟอร์มีขนาดใหญ่กว่าขีดจำกัดนี้ จะต้องเปิดรับแสงหลายครั้งเพื่อสร้างลวดลายบนเวเฟอร์ให้ครบถ้วน ซึ่งไม่เหมาะสำหรับการผลิตจำนวนมากเนื่องจากความซับซ้อนและความท้าทายในการจัดตำแหน่ง GB200 ใหม่จะเอาชนะข้อจำกัดนี้ได้ด้วยการรวมชิปซับสเตรตสองอันที่มีข้อจำกัดด้านขนาดอนุภาคเข้าเป็นชั้นกลางซิลิกอน ทำให้เกิดซับสเตรตที่มีข้อจำกัดด้านอนุภาคขนาดใหญ่เป็นสองเท่า ข้อจำกัดด้านประสิทธิภาพอื่นๆ ได้แก่ จำนวนหน่วยความจำและระยะห่างจากหน่วยความจำนั้น (เช่น แบนด์วิดท์หน่วยความจำ) สถาปัตยกรรม GPU ใหม่เอาชนะปัญหานี้ได้ด้วยการใช้หน่วยความจำแบนด์วิดท์สูงแบบซ้อนกัน (HBM) ที่ติดตั้งบนอินเทอร์โพเซอร์ซิลิกอนตัวเดียวกันกับชิป GPU สองตัว จากมุมมองของซิลิกอน ปัญหาของ HBM ก็คือพื้นที่ซิลิกอนแต่ละบิตนั้นมีขนาดใหญ่เป็นสองเท่าของ DRAM แบบดั้งเดิมเนื่องจากต้องใช้อินเทอร์เฟซแบบขนานสูงสำหรับแบนด์วิดท์สูง นอกจากนี้ HBM ยังผสานชิปควบคุมลอจิกเข้ากับสแต็กแต่ละอัน ทำให้พื้นที่ซิลิกอนเพิ่มขึ้น การคำนวณคร่าวๆ แสดงให้เห็นว่าพื้นที่ซิลิกอนที่ใช้ในสถาปัตยกรรม GPU 2.5D นั้นมีขนาดใหญ่กว่าสถาปัตยกรรม 2.0D แบบดั้งเดิมถึง 2.5 ถึง 3 เท่า ดังที่กล่าวไว้ก่อนหน้านี้ เว้นแต่บริษัทหล่อจะเตรียมพร้อมสำหรับการเปลี่ยนแปลงนี้ ความจุของเวเฟอร์ซิลิกอนอาจลดลงอย่างมากอีกครั้ง
ศักยภาพในอนาคตของตลาดเวเฟอร์ซิลิคอน
กฎข้อแรกของสามข้อของการผลิตเซมิคอนดักเตอร์คือ ต้องใช้เงินมากที่สุดเมื่อเงินมีน้อยที่สุด ซึ่งเป็นผลมาจากลักษณะวงจรของอุตสาหกรรม และบริษัทเซมิคอนดักเตอร์ก็ไม่สามารถปฏิบัติตามกฎนี้ได้ ดังที่แสดงในภาพ ผู้ผลิตเวเฟอร์ซิลิคอนส่วนใหญ่รับรู้ถึงผลกระทบของการเปลี่ยนแปลงนี้ และได้เพิ่มค่าใช้จ่ายด้านทุนรายไตรมาสเกือบสามเท่าในช่วงไม่กี่ไตรมาสที่ผ่านมา แม้จะมีสภาพตลาดที่ยากลำบาก แต่ก็ยังเป็นเช่นนี้อยู่ สิ่งที่น่าสนใจยิ่งกว่าคือแนวโน้มนี้เกิดขึ้นมานานแล้ว บริษัทเวเฟอร์ซิลิคอนโชคดีหรือรู้บางอย่างที่คนอื่นไม่รู้ ห่วงโซ่อุปทานเซมิคอนดักเตอร์เป็นเครื่องย้อนเวลาที่สามารถทำนายอนาคตได้ อนาคตของคุณอาจเป็นอดีตของคนอื่น แม้ว่าเราจะไม่ได้รับคำตอบเสมอไป แต่เรามักจะได้รับคำถามที่มีค่าเสมอ
เวลาโพสต์ : 17 มิ.ย. 2567