AI芯片需要更大硅晶圆供应，硅晶圆供应商将迎接重大市场转变
发布时间：2024-6-11 15:21
发布者：eechina
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来源：芯智讯 面对人工智能(AI) 时代对芯片的需求高度成长，这也使得制造芯片所需的硅晶圆也面临旺盛的需求。然而，因为要生产出纯度足以制造芯片的硅晶圆其过程复杂且繁琐，在面对接下来的半导体产业复苏，加上额为增加的人工智能市场需求，其矽晶圆的供应可能呈现供不应求的情况。 根据semiwiki 的最新发布的文章称，虽然硅是地球上第二常见的元素，但是要将硅砂变成价值增长1000倍的硅晶圆，其中有非常复杂的技术与繁琐的过程。因为其关键在要成为能生产半导体芯片的硅晶圆，其纯度要达到99.9999999%，这意味着在硅晶圆当中每10 亿个原子中，只允许存在一个非硅原子。 
而要生产出这样纯度的硅晶圆，需要通过特殊的长晶炉，在大概一周的时间里，长成重约100 公斤的硅晶棒。之后，经由一条细如头发的钻石切割线，在进一步切割该矽晶棒之后，即可以获得约3,000 片的矽晶圆。而在这样繁琐且精密过程中所生产出来的半导体用矽晶圆，目前全球市场掌握在四家大厂手中，包括日本的信越化学工业（ShinEtsu） 与胜高（Sumco）， 中台湾的环球晶，以及德国的世创（Siltronic AG） 等。 
硅晶圆的市场供需，在经历2023 年半导体市场的衰退，造成供过于求的库存过高情况之后，随着半导体市场的需求逐渐复苏，硅晶圆库存也回到健康水准的情况下，目前硅晶圆的供应也逐步回复。 文章中指出，除了原本半导体市场的需求之外，面对AI 市场的发展火爆，在AI芯片面积持续扩大，硅含量更高的情况下，预计将造成硅晶圆的需求量增加，价格提高的情况。而其中价格虽然只占台积电或英伟达最终产品成本很小的一部分，但却会影响整个产品后续的供应情况。 文章中强调，AI芯片面对效能必须不断提升下，必须藉由增加面积来容纳更多的元件，进一步发挥最大效能。而要增加芯片面积，就必须要增加光罩的极限尺寸。就目前最新技术来说，光罩的极限尺寸约为858 mm²。一旦超过此极限尺寸就必须要通过多次的曝光来完成工作，但这样所提高的成本对于芯片大量生产来说是不确实际的。就英伟达GB200 的AI 芯片来说，将通过在硅中介层上整合两个在最大光罩极限尺寸的晶片来达到这一晶片的生产，也借此建构出一个2 倍于光罩极限尺寸的超级芯片。 
而除了AI 芯片本身的尺寸大小之外，要达到芯片的高效能运算，当前的高带宽内存(HBM) 应用也相当重要。由于HBM 为堆叠每个内存单元的连结介面是传统DRAM 的两倍，再加上每个堆叠都需要一个控制芯片的情况下，对于单纯硅晶圆的需求都进一步的提升。 根据粗略估算，采用2.5D 架构的AI 芯片锁使用的硅面积，将是传统2.0D 架构硅面积的2.5 至3 倍。因此，除非硅晶圆供应商准备好应对这一变化，否则硅晶圆产能可能会再次面临供应吃紧的状态。 
在现阶段，大多数硅晶园供应商都意识到了这项变化的影响，并且在过去几季当中其合并的单季资本支出几乎增加了三倍。更有趣的是，这种趋势很久以前就开始了。因此，接下来因为半导体市场的复苏将上AI 热潮下，硅晶圆厂商的应对方式，或许将左右未来半导体产业与市场的发展。至于状况如何，就值得拭目以待。 |
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