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來(lái)源：芯智訊 面對(duì)人工智能(AI) 時(shí)代對(duì)芯片的需求高度成長(zhǎng)，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?yàn)橐a(chǎn)出純度足以制造芯片的硅晶圓其過(guò)程復(fù)雜且繁瑣，在面對(duì)接下來(lái)的半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)復(fù)蘇，加上額為增加的人工智能市場(chǎng)需求，其矽晶圓的供應(yīng)可能呈現(xiàn)供不應(yīng)求的情況。 根據(jù)semiwiki 的最新發(fā)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(jià)值增長(zhǎng)1000倍的硅晶圓，其中有非常復(fù)雜的技術(shù)與繁瑣的過(guò)程。因?yàn)槠潢P(guān)鍵在要成為能生產(chǎn)半導(dǎo)體芯片的硅晶圓，其純度要達(dá)到99.9999999%，這意味著在硅晶圓當(dāng)中每10 億個(gè)原子中，只允許存在一個(gè)非硅原子。 
而要生產(chǎn)出這樣純度的硅晶圓，需要通過(guò)特殊的長(zhǎng)晶爐，在大概一周的時(shí)間里，長(zhǎng)成重約100 公斤的硅晶棒。之后，經(jīng)由一條細(xì)如頭發(fā)的鉆石切割線，在進(jìn)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(guò)程中所生產(chǎn)出來(lái)的半導(dǎo)體用矽晶圓，目前全球市場(chǎng)掌握在四家大廠手中，包括日本的信越化學(xué)工業(yè)（ShinEtsu） 與勝高（Sumco）， 中臺(tái)灣的環(huán)球晶，以及德國(guó)的世創(chuàng)（Siltronic AG） 等。
硅晶圓的市場(chǎng)供需，在經(jīng)歷2023 年半導(dǎo)體市場(chǎng)的衰退，造成供過(guò)于求的庫(kù)存過(guò)高情況之后，隨著半導(dǎo)體市場(chǎng)的需求逐漸復(fù)蘇，硅晶圓庫(kù)存也回到健康水準(zhǔn)的情況下，目前硅晶圓的供應(yīng)也逐步回復(fù)。 文章中指出，除了原本半導(dǎo)體市場(chǎng)的需求之外，面對(duì)AI 市場(chǎng)的發(fā)展火爆，在AI芯片面積持續(xù)擴(kuò)大，硅含量更高的情況下，預(yù)計(jì)將造成硅晶圓的需求量增加，價(jià)格提高的情況。而其中價(jià)格雖然只占臺(tái)積電或英偉達(dá)最終產(chǎn)品成本很小的一部分，但卻會(huì)影響整個(gè)產(chǎn)品后續(xù)的供應(yīng)情況。 文章中強(qiáng)調(diào)，AI芯片面對(duì)效能必須不斷提升下，必須藉由增加面積來(lái)容納更多的元件，進(jìn)一步發(fā)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(shù)來(lái)說(shuō)，光罩的極限尺寸約為858 mm²。一旦超過(guò)此極限尺寸就必須要通過(guò)多次的曝光來(lái)完成工作，但這樣所提高的成本對(duì)于芯片大量生產(chǎn)來(lái)說(shuō)是不確實(shí)際的。就英偉達(dá)GB200 的AI 芯片來(lái)說(shuō)，將通過(guò)在硅中介層上整合兩個(gè)在最大光罩極限尺寸的晶片來(lái)達(dá)到這一晶片的生產(chǎn)，也借此建構(gòu)出一個(gè)2 倍于光罩極限尺寸的超級(jí)芯片。
而除了AI 芯片本身的尺寸大小之外，要達(dá)到芯片的高效能運(yùn)算，當(dāng)前的高帶寬內(nèi)存(HBM) 應(yīng)用也相當(dāng)重要。由于HBM 為堆疊每個(gè)內(nèi)存單元的連結(jié)介面是傳統(tǒng)DRAM 的兩倍，再加上每個(gè)堆疊都需要一個(gè)控制芯片的情況下，對(duì)于單純硅晶圓的需求都進(jìn)一步的提升。 根據(jù)粗略估算，采用2.5D 架構(gòu)的AI 芯片鎖使用的硅面積，將是傳統(tǒng)2.0D 架構(gòu)硅面積的2.5 至3 倍。因此，除非硅晶圓供應(yīng)商準(zhǔn)備好應(yīng)對(duì)這一變化，否則硅晶圓產(chǎn)能可能會(huì)再次面臨供應(yīng)吃緊的狀態(tài)。
在現(xiàn)階段，大多數(shù)硅晶園供應(yīng)商都意識(shí)到了這項(xiàng)變化的影響，并且在過(guò)去幾季當(dāng)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(shì)很久以前就開始了。因此，接下來(lái)因?yàn)榘雽?dǎo)體市場(chǎng)的復(fù)蘇將上AI 熱潮下，硅晶圓廠商的應(yīng)對(duì)方式，或許將左右未來(lái)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)與市場(chǎng)的發(fā)展。至于狀況如何，就值得拭目以待。 |
