I processori NVIDIA passano al materiale di interfaccia termica! La domanda di substrati in carburo di silicio (SiC) è destinata a esplodere!​

Il collo di bottiglia termico dei futuri chip AI viene superato dai materiali del substrato in carburo di silicio (SiC).

Secondo i rapporti dei media esteri, NVIDIA prevede di sostituire il materiale del substrato intermedio nel processo di packaging avanzato CoWoS dei suoi processori di prossima generazione con carburo di silicio. TSMC ha invitato i principali produttori a sviluppare congiuntamente tecnologie di produzione per i substrati intermedi in SiC. Questo cambiamento affronta i limiti fisici dei miglioramenti delle prestazioni dei chip AI attuali. Con l'aumento della potenza delle GPU, l'integrazione di più chip in interpositori di silicio genera esigenze termiche estreme, spingendo i materiali di silicio tradizionali oltre le loro capacità di dissipazione del calore.

Il carburo di silicio, un semiconduttore a banda larga, offre vantaggi unici in ambienti ad alta potenza ed elevato flusso di calore. I suoi vantaggi principali nel packaging delle GPU includono:

1.​​Gestione termica migliorata​​: la sostituzione degli interpositori di silicio con SiC riduce la resistenza termica di quasi il 70%.

2.​Architettura di alimentazione ottimizzata​​: SiC consente moduli di regolazione della tensione (VRM) più piccoli ed efficienti, riducendo i percorsi di erogazione dell'alimentazione e riducendo al minimo le perdite resistive per risposte di corrente più veloci e stabili nei carichi di lavoro AI.

Questa trasformazione affronta direttamente le sfide dell'escalation di potenza delle GPU, fornendo una soluzione ad alta efficienza per i processori di prossima generazione.

​​Vantaggi chiave del carburo di silicio​​

•​2–3× maggiore conducibilità termica​​ rispetto al silicio, risolvendo i problemi di dissipazione del calore nei chip ad alta potenza.

•​20–30°C temperature di giunzione inferiori​​ per una migliore stabilità in scenari ad alte prestazioni.

​​Tabella di marcia e sfide di implementazione​​

NVIDIA prevede un approccio graduale:

•​2025–2026​​: Le GPU Rubin di prima generazione manterranno gli interpositori di silicio mentre TSMC collabora con i fornitori per sviluppare tecnologie di produzione SiC.

•​​2027​​: Adozione su larga scala di interpositori SiC nel packaging avanzato.

Gli ostacoli principali includono:

•​Durezza del materiale​​: La durezza simile al diamante del carburo di silicio richiede un taglio di precisione estrema. Le superfici non uniformi dovute a un taglio non ottimale rendono i substrati inutilizzabili. L'azienda giapponese DISCO sta sviluppando sistemi di taglio laser di nuova generazione per affrontare questo problema.

​​Prospettive di mercato​​

•​Adozione anticipata​​: Gli interpositori SiC appariranno per la prima volta nei chip AI di punta. Il design CoWoS 7x-mask di TSMC (lancio nel 2027) espanderà l'area dell'interpositore a 14.400 mm², guidando la domanda di substrati.

•​Espansione della capacità​​: Morgan Stanley prevede che la capacità mensile di CoWoS aumenterà da 38.000 wafer da 12 pollici nel 2024 a 83.000 nel 2025 e 112.000 nel 2026, aumentando direttamente la domanda di interpositori SiC.

•​Tendenze dei costi​​: Nonostante gli attuali prezzi elevati, i substrati SiC da 12 pollici dovrebbero scendere a livelli praticabili man mano che la produzione aumenta.

​​Impatto sulle applicazioni a valle​​

•​​Densità di integrazione​​: I substrati SiC da 12 pollici offrono un'area maggiore del 90% rispetto alle versioni da 8 pollici, consentendo più moduli Chiplet per interpositore.

•​​Sinergia della catena di approvvigionamento​​: TSMC e DISCO stanno facendo progressi nella ricerca e sviluppo della produzione, con la produzione commerciale prevista per il 2027.

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Reazione del mercato​​

Il 5 settembre, i titoli relativi al SiC sono aumentati del 5,76%, guidati da Tianyue Advanced, Luxi Technology e Tianshun Shares. I fattori chiave includono:

•La tabella di marcia del processore Rubin di NVIDIA.

•Le proprietà superiori del SiC: alta densità di potenza, basse perdite e stabilità termica.

​​Proiezioni del settore​​

•​Dimensione del mercato​​: I mercati globali dei substrati SiC conduttivi/semi-isolanti hanno raggiunto 512 milioni/242 milioni nel 2022, con una proiezione di 1,62 miliardi/433 milioni entro il 2026 (CAGR: 33,37%/15,66%).

•​Applicazioni​​: L'automotive dominerà, rappresentando il 74% dei dispositivi di alimentazione SiC entro il 2028.

​​Dinamiche della catena di approvvigionamento​​

•​Leadership​​: Tianyue Advanced (n. 2 globale in SiC conduttivo), Sanan e Luxi Technology guidano la produzione.

•​​Apparecchiature​​: Aziende nazionali come NAURA e Jingce detengono >60% della quota di mercato nelle apparecchiature per la crescita dei cristalli SiC.

​​Rischi e opportunità​​

•​​Ostacoli tecnici​​: Il controllo della densità dei difetti e l'uniformità dei wafer da 12 pollici rimangono sfide critiche.

•​Competitività dei costi​​: L'aumento della produzione e il miglioramento della resa sono essenziali per l'adozione di massa.

​​Conclusione​​

Il passaggio di NVIDIA agli interpositori SiC segna un momento cruciale per il packaging avanzato. Sebbene persistano barriere tecniche e di costo, la sinergia tra la domanda guidata dall'IA e l'innovazione dei materiali posiziona il SiC come la pietra angolare dell'infrastruttura dei semiconduttori di prossima generazione.

ZMSH è specializzata nella personalizzazione e fornitura di substrati in carburo di silicio (SiC) conduttivi/semi-isolanti da 2-12 pollici, offrendo soluzioni su misura per l'orientamento dei cristalli (<100>/<111>), la resistività (10⁻³–10⁰ Ω·cm) e lo spessore (350–2000 μm) per soddisfare l'elettronica di potenza, i dispositivi RF e le applicazioni optoelettroniche.

Forniamo lavorazioni di precisione avanzate per componenti SiC di forma complessa, ottenendo tolleranze di ±0,01 mm nei processi di taglio, rettifica e lucidatura. La nostra collaborazione tecnica end-to-end comprende il taglio dei wafer, la finitura superficiale e l'ottimizzazione dell'imballaggio, garantendo la compatibilità con l'incollaggio ad alta temperatura e i requisiti di incapsulamento avanzati.