শিল্প সংবাদ: জিপিইউ সিলিকন ওয়েফারের চাহিদা বাড়িয়েছে

সিলিকন হল অক্সিজেনের পরে পৃথিবীতে দ্বিতীয় সর্বাধিক সাধারণ উপাদান এবং মহাবিশ্বের সপ্তম সর্বাধিক সাধারণ উপাদান। সিলিকন একটি অর্ধপরিবাহী, যার অর্থ এটি পরিবাহী (যেমন তামা) এবং অন্তরক (যেমন কাচ) এর মধ্যে বৈদ্যুতিক বৈশিষ্ট্য ধারণ করে। সিলিকন কাঠামোতে অল্প পরিমাণে বিদেশী পরমাণু মৌলিকভাবে এর আচরণ পরিবর্তন করতে পারে, তাই অর্ধপরিবাহী-গ্রেড সিলিকনের বিশুদ্ধতা আশ্চর্যজনকভাবে বেশি হতে হবে। ইলেকট্রনিক-গ্রেড সিলিকনের জন্য গ্রহণযোগ্য সর্বনিম্ন বিশুদ্ধতা হল 99.999999%।

এর অর্থ হল প্রতি দশ বিলিয়ন পরমাণুর জন্য কেবল একটি নন-সিলিকন পরমাণু অনুমোদিত। ভালো পানীয় জলে ৪ কোটি নন-জল অণু থাকে, যা সেমিকন্ডাক্টর-গ্রেড সিলিকনের চেয়ে ৫ কোটি গুণ কম বিশুদ্ধ।

ব্ল্যাঙ্ক সিলিকন ওয়েফার প্রস্তুতকারকদের উচ্চ-বিশুদ্ধতা সিলিকনকে নিখুঁত একক-স্ফটিক কাঠামোতে রূপান্তর করতে হবে। উপযুক্ত তাপমাত্রায় গলিত সিলিকনে একটি একক মাদার স্ফটিক প্রবর্তনের মাধ্যমে এটি করা হয়। মাদার স্ফটিকের চারপাশে নতুন কন্যা স্ফটিক বৃদ্ধি পেতে শুরু করার সাথে সাথে, গলিত সিলিকন থেকে সিলিকন ইনগট ধীরে ধীরে তৈরি হয়। প্রক্রিয়াটি ধীর এবং এক সপ্তাহ সময় নিতে পারে। সমাপ্ত সিলিকন ইনগটের ওজন প্রায় 100 কিলোগ্রাম এবং 3,000 টিরও বেশি ওয়েফার তৈরি করতে পারে।

খুব সূক্ষ্ম হীরার তার ব্যবহার করে ওয়েফারগুলিকে পাতলা টুকরো করে কাটা হয়। সিলিকন কাটার সরঞ্জামগুলির নির্ভুলতা খুব বেশি, এবং অপারেটরদের ক্রমাগত পর্যবেক্ষণ করতে হবে, নাহলে তারা তাদের চুলের সাথে বোকামি করার জন্য সরঞ্জামগুলি ব্যবহার শুরু করবে। সিলিকন ওয়েফার উৎপাদনের সংক্ষিপ্ত ভূমিকাটি খুব সরলীকৃত এবং প্রতিভাবানদের অবদানকে পুরোপুরি কৃতিত্ব দেয় না; তবে আশা করা যায় যে এটি সিলিকন ওয়েফার ব্যবসার গভীর বোঝার জন্য একটি পটভূমি প্রদান করবে।

সিলিকন ওয়েফারের সরবরাহ এবং চাহিদার সম্পর্ক

সিলিকন ওয়েফার বাজারে চারটি কোম্পানির আধিপত্য রয়েছে। দীর্ঘদিন ধরে, বাজারে সরবরাহ এবং চাহিদার মধ্যে একটি সূক্ষ্ম ভারসাম্য বিরাজ করছে।
২০২৩ সালে সেমিকন্ডাক্টর বিক্রি কমে যাওয়ার ফলে বাজারে অতিরিক্ত সরবরাহ দেখা দিয়েছে, যার ফলে চিপ নির্মাতাদের অভ্যন্তরীণ এবং বাহ্যিক মজুদ বেশি। তবে, এটি কেবল একটি অস্থায়ী পরিস্থিতি। বাজার পুনরুদ্ধারের সাথে সাথে, শিল্পটি শীঘ্রই ক্ষমতার দ্বারপ্রান্তে ফিরে আসবে এবং এআই বিপ্লবের ফলে সৃষ্ট অতিরিক্ত চাহিদা পূরণ করতে হবে। ঐতিহ্যবাহী সিপিইউ-ভিত্তিক স্থাপত্য থেকে ত্বরিত কম্পিউটিংয়ে রূপান্তর সমগ্র শিল্পের উপর প্রভাব ফেলবে, কারণ যাইহোক, এটি সেমিকন্ডাক্টর শিল্পের নিম্ন-মূল্যের অংশগুলির উপর প্রভাব ফেলতে পারে।

গ্রাফিক্স প্রসেসিং ইউনিট (GPU) আর্কিটেকচারের জন্য আরও সিলিকন এরিয়া প্রয়োজন

কর্মক্ষমতার চাহিদা বৃদ্ধির সাথে সাথে, GPU নির্মাতাদের GPU থেকে উচ্চতর কর্মক্ষমতা অর্জনের জন্য কিছু নকশার সীমাবদ্ধতা অতিক্রম করতে হবে। স্পষ্টতই, চিপকে বড় করা উচ্চতর কর্মক্ষমতা অর্জনের একটি উপায়, কারণ ইলেকট্রন বিভিন্ন চিপের মধ্যে দীর্ঘ দূরত্ব ভ্রমণ করতে পছন্দ করে না, যা কর্মক্ষমতা সীমিত করে। তবে, চিপকে বড় করার একটি ব্যবহারিক সীমাবদ্ধতা রয়েছে, যা "রেটিনা সীমা" নামে পরিচিত।

লিথোগ্রাফি সীমা বলতে বোঝায় সেমিকন্ডাক্টর তৈরিতে ব্যবহৃত লিথোগ্রাফি মেশিনে এক ধাপে উন্মুক্ত হতে পারে এমন চিপের সর্বোচ্চ আকার। এই সীমাবদ্ধতা লিথোগ্রাফি সরঞ্জামের সর্বোচ্চ চৌম্বক ক্ষেত্রের আকার দ্বারা নির্ধারিত হয়, বিশেষ করে লিথোগ্রাফি প্রক্রিয়ায় ব্যবহৃত স্টেপার বা স্ক্যানারের। সর্বশেষ প্রযুক্তির জন্য, মাস্ক সীমা সাধারণত 858 বর্গ মিলিমিটারের কাছাকাছি। এই আকারের সীমাবদ্ধতা খুবই গুরুত্বপূর্ণ কারণ এটি একক এক্সপোজারে ওয়েফারে প্যাটার্ন করা যেতে পারে এমন সর্বাধিক ক্ষেত্র নির্ধারণ করে। যদি ওয়েফার এই সীমার চেয়ে বড় হয়, তাহলে ওয়েফারটিকে সম্পূর্ণরূপে প্যাটার্ন করার জন্য একাধিক এক্সপোজারের প্রয়োজন হবে, যা জটিলতা এবং সারিবদ্ধকরণ চ্যালেঞ্জের কারণে ব্যাপক উৎপাদনের জন্য অবাস্তব। নতুন GB200 কণা আকারের সীমাবদ্ধতা সহ দুটি চিপ সাবস্ট্রেটকে একটি সিলিকন ইন্টারলেয়ারে একত্রিত করে এই সীমাবদ্ধতা অতিক্রম করবে, যার ফলে দ্বিগুণ বড় একটি সুপার-পার্টিকেল-লিমিটেড সাবস্ট্রেট তৈরি হবে। অন্যান্য কর্মক্ষমতা সীমাবদ্ধতা হল মেমোরির পরিমাণ এবং সেই মেমোরির দূরত্ব (অর্থাৎ মেমোরি ব্যান্ডউইথ)। নতুন GPU আর্কিটেকচার দুটি GPU চিপ সহ একই সিলিকন ইন্টারপোজারে ইনস্টল করা স্ট্যাকড হাই-ব্যান্ডউইথ মেমোরি (HBM) ব্যবহার করে এই সমস্যাটি অতিক্রম করে। সিলিকনের দৃষ্টিকোণ থেকে, HBM-এর সমস্যা হল, উচ্চ ব্যান্ডউইথের জন্য প্রয়োজনীয় উচ্চ-সমান্তরাল ইন্টারফেসের কারণে সিলিকন এরিয়ার প্রতিটি বিট ঐতিহ্যবাহী DRAM-এর দ্বিগুণ। HBM প্রতিটি স্ট্যাকের মধ্যে একটি লজিক কন্ট্রোল চিপও সংহত করে, যা সিলিকন এরিয়া বৃদ্ধি করে। একটি মোটামুটি হিসাব দেখায় যে 2.5D GPU আর্কিটেকচারে ব্যবহৃত সিলিকন এরিয়া ঐতিহ্যবাহী 2.0D আর্কিটেকচারের 2.5 থেকে 3 গুণ বেশি। যেমনটি আগেই উল্লেখ করা হয়েছে, ফাউন্ড্রি কোম্পানিগুলি এই পরিবর্তনের জন্য প্রস্তুত না হলে, সিলিকন ওয়েফারের ক্ষমতা আবার খুব কম হয়ে যেতে পারে।

সিলিকন ওয়েফার বাজারের ভবিষ্যৎ ক্ষমতা

সেমিকন্ডাক্টর উৎপাদনের তিনটি নিয়মের মধ্যে প্রথমটি হল, যখন সবচেয়ে কম অর্থ পাওয়া যায় তখন সবচেয়ে বেশি অর্থ বিনিয়োগ করতে হবে। এটি শিল্পের চক্রাকার প্রকৃতির কারণে, এবং সেমিকন্ডাক্টর কোম্পানিগুলিকে এই নিয়ম মেনে চলতে অসুবিধা হয়। চিত্রে দেখানো হয়েছে, বেশিরভাগ সিলিকন ওয়েফার নির্মাতারা এই পরিবর্তনের প্রভাব স্বীকার করেছেন এবং গত কয়েক প্রান্তিকে তাদের মোট ত্রৈমাসিক মূলধন ব্যয় প্রায় তিনগুণ বাড়িয়েছেন। কঠিন বাজার পরিস্থিতি সত্ত্বেও, এটি এখনও রয়েছে। আরও মজার বিষয় হল যে এই প্রবণতা দীর্ঘদিন ধরে চলছে। সিলিকন ওয়েফার কোম্পানিগুলি ভাগ্যবান বা এমন কিছু জানে যা অন্যরা জানে না। সেমিকন্ডাক্টর সরবরাহ শৃঙ্খল হল একটি টাইম মেশিন যা ভবিষ্যতের ভবিষ্যদ্বাণী করতে পারে। আপনার ভবিষ্যত অন্য কারো অতীত হতে পারে। যদিও আমরা সবসময় উত্তর পাই না, আমরা প্রায় সবসময় মূল্যবান প্রশ্ন পাই।