📌Laboratório de Investigação da Cadeia da Indústria de IA｜Primeira Edição

Muitas pessoas veem IA, Nvidia e TSMC todos os dias, e conhecem termos como CPU, GPU e HBM, mas poucas conseguem explicar claramente a relação entre eles.
Sem perceber a cadeia da indústria de semicondutores, é impossível ganhar dinheiro com a IA.
Algumas pessoas ainda não entendem por que algumas empresas de semicondutores se dedicam ao design, outras à fabricação e outras apenas à embalagem.
Hoje, vou explicar estas questões em 5 minutos, ligando-as através de uma linha principal:
Como é que um grão de areia se transforma num chip?
Compreendendo esta linha principal, não só conseguirá perceber a indústria de semicondutores, como também saberá de onde vem o valor de uma empresa.
🔔① Qual é a relação entre semicondutor, chip e CPU?
(Correspondente à imagem 01)
Muitas pessoas, ao entrarem em contacto com semicondutores, têm o primeiro equívoco de confundir os três termos.
Na realidade, eles estão numa relação de inclusão.
Semicondutor refere-se a toda a indústria.
Inclui todos os elos: materiais, equipamentos, design, fabrico, embalagem e teste.
Chip é um produto fabricado a partir de materiais semicondutores, sendo essencialmente um circuito integrado que contém milhares de milhões de transístores.
Já a CPU é apenas uma categoria dentro dos chips.
Além da CPU, existem GPU, chips de memória, chips analógicos, chips de radiofrequência, chips de aceleração de IA...
Portanto, lembre-se disto:
Semicondutor é a indústria, chip é o produto, e CPU é apenas um tipo de chip.
Muitas pessoas, ao estudarem ações de semicondutores, gostam de discutir diretamente uma empresa.
Mas, na verdade, antes de discutir uma empresa, é mais importante construir este mapa da cadeia industrial.
Caso contrário, é como analisar uma empresa automóvel sem saber quais são as peças do carro, o que facilmente leva a perder o rumo.
🔔② Por que se chama "semicondutor"?
(Correspondente à imagem 02)
Os materiais no mundo podem ser divididos em três categorias.
A primeira são os condutores. Por exemplo, cobre, prata, alumínio. A corrente elétrica passa quase livremente.
A segunda são os isoladores. Como plástico, borracha, vidro, que quase não conduzem eletricidade.
Já os semicondutores situam-se entre os dois.
A sua maior característica não é "conduzir um pouco de eletricidade", mas sim poder controlar-se artificialmente se conduzem ou não.
O material mais utilizado nos chips modernos é o silício (Silicon).
O silício não é um condutor particularmente bom, mas após a dopagem com elementos como boro ou fósforo, a sua capacidade de condução pode ser controlada com precisão.
O transístor foi inventado com base nesta propriedade.
Pode-se dizer que, sem silício, não existiriam computadores modernos. Por isso, toda a indústria se chama indústria de semicondutores.
🔔③ Como é que um grão de areia se transforma num chip?
(Correspondente à imagem 03)
O ponto de partida de um chip é a areia de quartzo mais comum, que após purificação a alta temperatura, produz silício policristalino de alta pureza.
Mas ainda não é possível fabricar chips.
Porque a estrutura cristalina do silício policristalino é desordenada, e os eletrões podem ser facilmente perturbados ao moverem-se.
Assim, os engenheiros utilizam um processo chamado método Czochralski, esticando lentamente o silício policristalino para formar uma barra de silício monocristalino. Só assim os eletrões podem seguir estáveis o percurso projetado.
De seguida, esta barra de silício é cortada em fatias finas com menos de 1 mm de espessura.
Esta é a matéria-prima mais importante de toda a indústria de semicondutores — a bolacha (Wafer). Muitas pessoas pensam erradamente que a bolacha é o chip.
Na verdade, não. A bolacha é mais como uma folha de papel em branco.
Todos os circuitos são primeiro desenhados nesta folha em branco.
Depois, são cortados em chips individuais.
Portanto, da próxima vez que vir uma empresa com negócios de "bolacha de silício" ou "wafer", o que ela vende não são chips, mas sim a matéria-prima mais básica para fabricar chips.
🔔④ Como é que um chip é "gravado"?
(Correspondente à imagem 04)
Ter a bolacha ainda não é suficiente. O que realmente determina o desempenho do chip é o processo de fabrico subsequente.
Muitas pessoas pensam que os chips são "produzidos".
Na verdade, de forma mais precisa, eles são esculpidos camada por camada.
Primeiro, a empresa de design de chips conclui o desenho do circuito. Depois, a fábrica de fabrico aplica uniformemente uma camada de fotorresiste na superfície da bolacha. Em seguida, através da máquina de fotolitografia, o circuito desenhado é "exposto" na superfície da bolacha.
As áreas que devem ser mantidas e as que devem ser removidas já foram previamente definidas.
Depois, utilizando equipamento de gravação, as partes indesejadas são "corroídas" aos poucos.
Em seguida, através de processos como deposição, implantação iónica e polimento CMP, novos materiais são empilhados camada por camada.
Depois, novamente fotolitografia, gravação, deposição...
Os chips avançados repetem este processo centenas de vezes.
Finalmente, milhares de milhões de transístores são construídos numa pequena pastilha de silício do tamanho de uma unha.
Este é o verdadeiro processo de nascimento de um chip.
Até aqui, uma bolacha já completou as etapas de fabrico mais complexas.
Mas ainda não pode ser utilizada diretamente.
Porquê?
Porque ainda é um "chip nu".
🔔⑤ Por que um chip, depois de fabricado, não pode ser vendido diretamente?
(Correspondente à imagem 05)
Após milhares de processos como fotolitografia, gravação e deposição, uma bolacha está finalmente pronta. Mas ainda assim, não pode ser colocada num computador ou num telemóvel.
A razão é simples.
Porque é muito frágil.
O verdadeiro chip tem apenas alguns milímetros quadrados a dezenas de milímetros quadrados.
Depois de cortado, é um pedaço de silício exposto.
Não tem camada de proteção, nem pinos, e muito menos pode ser ligado à placa-mãe.
Portanto, ainda precisa de passar pelos dois últimos passos:
Embalagem (Package) e Teste (Test)
A embalagem não é apenas "embrulhar".
Ela desempenha três funções importantes:
Primeiro, proteger o chip.
Segundo, ajudar na dissipação de calor.
Terceiro, ligar o chip ao circuito externo.
Finalmente, após o teste, confirma-se que o desempenho, o consumo de energia e a estabilidade estão todos de acordo com os requisitos.
Só então um chip que pode ser realmente vendido está completo.
Muitas pessoas pensam que a embalagem é apenas o último passo.
Na verdade, na era da IA, a embalagem avançada tornou-se uma das tecnologias mais importantes de toda a cadeia industrial.
Porquê?
Porque os GPUs estão cada vez maiores, os HBMs cada vez mais numerosos, e os Chiplets cada vez mais complexos.
A embalagem já não determina apenas se o chip pode ser usado, mas sim o limite superior do seu desempenho.
Por isso, nos últimos anos, a embalagem avançada tornou-se uma das direções mais populares em toda a indústria.
🔔⑥ Por que a divisão do trabalho nas empresas de semicondutores é cada vez mais detalhada?
(Correspondente à imagem 06)
Se observar a indústria de semicondutores, verá um fenómeno muito interessante. Quase nenhuma empresa consegue fazer tudo sozinha.
Porquê?
A resposta é apenas duas palavras:
Muito caro.
Construir uma fábrica de bolachas avançada custa frequentemente dezenas de milhares de milhões de dólares em investimento, e desenvolver uma geração de processo avançado leva anos.
Além disso, equipamentos, materiais e processos exigem acumulação a longo prazo.
Assim, toda a indústria gradualmente formou uma divisão especializada do trabalho, onde cada empresa concentra os seus recursos no elo em que é mais forte.
Esta é a razão pela qual a cadeia industrial de semicondutores se formou como é hoje.
🔔⑦ Por que a IA impulsiona toda a cadeia industrial?
(Correspondente à imagem 08)
Muitas pessoas pensam: o mercado da IA é o mercado da Nvidia.
Na verdade, isto é apenas um elo dentro da cadeia industrial.
Um servidor de IA não contém apenas GPUs.
Também precisa de:
CPU para agendar tarefas,
HBM para armazenamento de alta velocidade,
PCB para ligações,
Comutadores de alta velocidade para comunicação,
Módulos óticos para transmissão,
Embalagem avançada para integrar tudo.
Se algum elo falhar, todo o servidor de IA não funcionará corretamente.
Portanto, cada dólar investido em IA beneficia não apenas os fabricantes de GPU, mas toda a cadeia industrial de semicondutores.
É por isso que nos últimos dois anos, não vimos apenas a Nvidia a subir.
Empresas como TSMC, Broadcom, Micron, SK Hynix, Samsung Electronics, Applied Materials, ASML, também beneficiaram continuamente.
🔔⑧ Ao estudar uma empresa de semicondutores, primeiro responda a uma pergunta
(Correspondente à imagem 09)
Quando vemos uma empresa de semicondutores, não nos apressemos a olhar para o PER, nem para o preço das ações.
Primeiro, pergunte-se a si mesmo:
Em que posição da cadeia industrial ela se encontra?
Porque a posição na cadeia industrial determina como ela ganha dinheiro.
As empresas de materiais ganham com consumíveis.
As empresas de equipamentos ganham com a venda de máquinas.
As empresas de design ganham com propriedade intelectual.
As fábricas de bolachas ganham com capacidade de fabrico.
As fábricas de embalagem ganham com processos avançados.
Posições diferentes têm modelos de negócio completamente diferentes.
Compreender isto torna a lógica de avaliação de muitas empresas muito clara.
Nota final
Muitas pessoas estudam IA e focam-se apenas numa empresa.
Mas quem realmente impulsiona a revolução da IA nunca é uma única empresa.
É uma cadeia industrial completa que atravessa materiais, equipamentos, design, fabrico, embalagem, servidores e computação em nuvem.
Compreender esta cadeia industrial permite-lhe ver não apenas os preços das ações, mas a lógica subjacente ao fluxo de capital em toda a era da IA.
No próximo artigo, continuaremos a desmontar um dos tópicos mais confusos:
Qual é a diferença entre CPU, GPU, NPU, FPGA e ASIC?
Por que o treino de IA é quase impossível sem GPU?
Por que os chips de inferência começam a florescer?
E onde realmente ocorre a competição por chips de IA?