AI芯片需要更大硅晶圓供應，硅晶圓供應商將迎接重大市場轉變
發布時間：2024-6-11 15:21
發布者：eechina
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來源：芯智訊 面對人工智能(AI) 時代對芯片的需求高度成長，這也使得制造芯片所需的硅晶圓也面臨旺盛的需求。然而，因為要生產出純度足以制造芯片的硅晶圓其過程復雜且繁瑣，在面對接下來的半導體產業復蘇，加上額為增加的人工智能市場需求，其矽晶圓的供應可能呈現供不應求的情況。 根據semiwiki 的最新發布的文章稱，雖然硅是地球上第二常見的元素，但是要將硅砂變成價值增長1000倍的硅晶圓，其中有非常復雜的技術與繁瑣的過程。因為其關鍵在要成為能生產半導體芯片的硅晶圓，其純度要達到99.9999999%，這意味著在硅晶圓當中每10 億個原子中，只允許存在一個非硅原子。 
而要生產出這樣純度的硅晶圓，需要通過特殊的長晶爐，在大概一周的時間里，長成重約100 公斤的硅晶棒。之后，經由一條細如頭發的鉆石切割線，在進一步切割該矽晶棒之后，即可以獲得約3,000 片的矽晶圓。而在這樣繁瑣且精密過程中所生產出來的半導體用矽晶圓，目前全球市場掌握在四家大廠手中，包括日本的信越化學工業（ShinEtsu） 與勝高（Sumco）， 中臺灣的環球晶，以及德國的世創（Siltronic AG） 等。
硅晶圓的市場供需，在經歷2023 年半導體市場的衰退，造成供過于求的庫存過高情況之后，隨著半導體市場的需求逐漸復蘇，硅晶圓庫存也回到健康水準的情況下，目前硅晶圓的供應也逐步回復。 文章中指出，除了原本半導體市場的需求之外，面對AI 市場的發展火爆，在AI芯片面積持續擴大，硅含量更高的情況下，預計將造成硅晶圓的需求量增加，價格提高的情況。而其中價格雖然只占臺積電或英偉達最終產品成本很小的一部分，但卻會影響整個產品后續的供應情況。 文章中強調，AI芯片面對效能必須不斷提升下，必須藉由增加面積來容納更多的元件，進一步發揮最大效能。而要增加芯片面積，就必須要增加光罩的極限尺寸。就目前最新技術來說，光罩的極限尺寸約為858 mm²。一旦超過此極限尺寸就必須要通過多次的曝光來完成工作，但這樣所提高的成本對于芯片大量生產來說是不確實際的。就英偉達GB200 的AI 芯片來說，將通過在硅中介層上整合兩個在最大光罩極限尺寸的晶片來達到這一晶片的生產，也借此建構出一個2 倍于光罩極限尺寸的超級芯片。
而除了AI 芯片本身的尺寸大小之外，要達到芯片的高效能運算，當前的高帶寬內存(HBM) 應用也相當重要。由于HBM 為堆疊每個內存單元的連結介面是傳統DRAM 的兩倍，再加上每個堆疊都需要一個控制芯片的情況下，對于單純硅晶圓的需求都進一步的提升。 根據粗略估算，采用2.5D 架構的AI 芯片鎖使用的硅面積，將是傳統2.0D 架構硅面積的2.5 至3 倍。因此，除非硅晶圓供應商準備好應對這一變化，否則硅晶圓產能可能會再次面臨供應吃緊的狀態。
在現階段，大多數硅晶園供應商都意識到了這項變化的影響，并且在過去幾季當中其合并的單季資本支出幾乎增加了三倍。更有趣的是，這種趨勢很久以前就開始了。因此，接下來因為半導體市場的復蘇將上AI 熱潮下，硅晶圓廠商的應對方式，或許將左右未來半導體產業與市場的發展。至于狀況如何，就值得拭目以待。 |
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