人工知能（AI）時代のチップ需要の高成長を背景に、チップ製造に必要なシリコンウェーハの需要も旺盛だ。
しかし、チップを製造するのに十分な純度のシリコン・ウェーハを製造する工程は複雑で面倒なため、半導体産業の回復とAI市場の需要増加に伴い、シリコン・ウェーハの供給は需要を下回る可能性が高い。
semiwikiが発表した最新記事によると、シリコンは地球上で2番目に多い元素だが、シリコン砂を1000倍の価値を持つシリコンウェーハに変えるには、非常に複雑な技術と面倒なプロセスが必要だという。 というのも、半導体チップを製造できるシリコンウェハーになるための鍵は、純度99.9999999パーセントを達成することだからだ。
この純度のシリコンウェーハを作るには、特殊な長尺炉で約1週間かけて約100kgのシリコン棒に成長させる。その後、髪の毛ほどの細さのダイヤモンド切断ラインで切断し、約3,000枚のシリコンウェーハを得る。 このような面倒で精密な工程で生産される半導体用シリコンウェーハの世界市場は、現在、日本の信越化学工業（ShinEtsu）、サムコ（Sumco）、中国台湾のユニバーサル・プレシジョン、ドイツのシルトロニックAGの4大メーカーの手にある。
シリコンウェーハ市場の需給は、2023年の半導体市場の不況の後、高い在庫の供給過剰をもたらし、半導体市場の需要の緩やかな回復に伴い、シリコンウェーハの在庫も健全なレベルに戻っている、シリコンウェーハの現在の供給も徐々に戻っている。
記事は、本来の半導体市場の需要に加え、AI市場の発展に直面し、AIチップの領域が拡大し続け、状況のシリコンの含有量が高く、シリコンウェーハの需要、状況の価格の増加を引き起こすことが予想されると指摘している。 そして、その価格はTSMCやNVIDIAの最終製品のコストのごく一部を占めるに過ぎないが、製品全体のその後の供給に影響を与えるという。
AIチップは、顔の性能を強化し続けなければならないことを強調し、さらに性能を最大化するために、より多くのコンポーネントを収容する面積を増加させることによって増加しなければならない。 チップ面積を増やすには、フォトマスクの限界サイズを大きくする必要がある。 最新の技術では、フォトマスクの限界サイズは約858mm²である。 この限界を超えると、作業を完了させるために複数回の露光が必要になるが、コストが増大するため、チップの大量生産には現実的ではない。 エヌビディアのAIチップ「GB200」の場合、フォトマスク限界の2枚のウェーハを中間層のシリコンに統合することで、フォトマスク限界の2倍の大きさのスーパーチップを実現するということだ。
AIチップ自体のサイズに加えて、チップ上で高性能コンピューティングを実現するためには、現在のHBM（High Bandwidth Memory）アプリケーションも非常に重要である。HBMスタックの各メモリセルのリンクインターフェースは従来のDRAMの2倍で、各スタックには制御チップが必要なため、純シリコンウェハーの需要はさらに増加する。
概算によると、2.5Dアーキテクチャを使用するAIチップロックは、従来の2.0Dアーキテクチャの2.5～3倍のシリコン面積を使用することになる。その結果、シリコンウエハーサプライヤーがこの変化に対応できない限り、シリコンウエハーの生産能力は再び供給不足に直面する可能性がある。
現段階では、ほとんどのシリコンベンダーがこの変化の影響に気づいており、ここ数四半期で連結の単一四半期の設備投資額はほぼ3倍になっている。さらに興味深いのは、この傾向がかなり前から始まっていることだ。 つまり、半導体市場がAIブームから回復するにつれ、シリコンウエハーメーカーがどのように対応するかが、半導体産業と市場の将来を形作るかもしれないということだ。