Vaheta soojust hajutavaid materjale! Ränikarbiidi aluspinna nõudlus on plahvatuslikult kasvamas!

Sisukord

1. Soojuse hajumise kitsaskoht tehisintellekti kiipides ja ränikarbiidmaterjalide läbimurre

2. Ränikarbiidsubstraatide omadused ja tehnilised eelised

3. NVIDIA ja TSMC strateegilised plaanid ja ühine arendustegevus

4. Rakendustee ja peamised tehnilised väljakutsed

5. Turuväljavaated ja tootmisvõimsuse laiendamine

6. Mõju tarneahelale ja seotud ettevõtete tulemuslikkusele

7. Ränikarbiidi laialdased rakendused ja turu üldine suurus

8. XKH kohandatud lahendused ja tootetugi

Tulevaste tehisintellekti kiipide soojuse hajumise kitsaskohta ületatakse ränikarbiidist (SiC) alusmaterjalidega.

Välismeedia teatel plaanib NVIDIA oma järgmise põlvkonna protsessorite CoWoS täiustatud pakendamisprotsessis asendada vahematerjali ränikarbiidiga. TSMC on kutsunud suuremaid tootjaid üles ühiselt arendama ränikarbiidi vahematerjalide tootmistehnoloogiaid.

Peamine põhjus on see, et praeguste tehisintellekti kiipide jõudluse parandamine on sattunud füüsilistesse piirangutesse. GPU võimsuse suurenedes tekitab mitme kiibi integreerimine räni vahetükkidesse äärmiselt suure soojuseralduse vajaduse. Kiipides tekkiv soojus läheneb oma piirile ja traditsioonilised räni vahetükid ei suuda seda probleemi tõhusalt lahendada.

NVIDIA protsessorid vahetavad soojust hajutavaid materjale! Ränikarbiidi aluspinna nõudlus on plahvatuslikult kasvamas! Ränikarbiid on lai keelutsooniga pooljuht ja selle ainulaadsed füüsikalised omadused annavad sellele märkimisväärseid eeliseid äärmuslikes keskkondades, kus on suur võimsus ja suur soojusvoog. GPU täiustatud pakendis pakub see kahte peamist eelist:

1. Soojuse hajumise võime: Räni vahetükkide asendamine SiC vahetükkidega võib vähendada termilist takistust ligi 70%.

2. Tõhus toitearhitektuur: ränikarbiid (SiC) võimaldab luua tõhusamaid ja väiksemaid pingeregulaatori mooduleid, lühendades oluliselt toiteülekandeteid, vähendades vooluahela kadusid ning pakkudes tehisintellekti arvutuskoormustele kiiremaid ja stabiilsemaid dünaamilisi voolureaktsioone.

Selle ümberkujundamise eesmärk on lahendada pidevalt suureneva graafikaprotsessori võimsuse põhjustatud soojuse hajumise probleeme, pakkudes tõhusamat lahendust suure jõudlusega arvutuskiipidele.

Ränikarbiidi soojusjuhtivus on 2–3 korda suurem kui ränil, mis parandab tõhusalt soojushalduse efektiivsust ja lahendab soojuse hajumise probleeme suure võimsusega kiipides. Selle suurepärane soojusjuhtivus võib vähendada GPU-kiipide üleminekutemperatuuri 20–30 °C võrra, suurendades oluliselt stabiilsust suure arvutuskoormusega stsenaariumides.

Rakendustee ja väljakutsed

Tarneahela allikate kohaselt rakendab NVIDIA seda materjali ümberkujundamist kahes etapis:

•​​2025–2026​​: Esimese põlvkonna Rubini graafikaprotsessor kasutab endiselt räni vahetükke. TSMC on kutsunud suuremaid tootjaid üles ühiselt arendama ränikarbiidist vahetükkide tootmistehnoloogiat.

•​​2027​​: SiC-vaheühendid integreeritakse ametlikult täiustatud pakendamisprotsessi.

See plaan seisab aga silmitsi paljude väljakutsetega, eriti tootmisprotsessides. Ränikarbiidi kõvadus on võrreldav teemandi kõvadusega, mis nõuab äärmiselt kõrgetasemelist lõiketehnoloogiat. Kui lõiketehnoloogia on ebapiisav, võib SiC pind muutuda laineliseks, muutes selle täiustatud pakendamiseks kasutuskõlbmatuks. Seadmete tootjad, näiteks Jaapani DISCO, töötavad selle väljakutse lahendamiseks uute laserlõikusseadmete väljatöötamise kallal.

Tulevikuväljavaated

Praegu kasutatakse SiC-vaheseina tehnoloogiat esmakordselt kõige arenenumates tehisintellekti kiipides. TSMC plaanib 2027. aastal turule tuua 7x suurendusvõrguga CoWoS-i, et integreerida rohkem protsessoreid ja mälu, suurendades vaheseina pindala 14 400 mm²-ni, mis suurendab substraatide nõudlust.

Morgan Stanley ennustab, et ülemaailmne igakuine CoWoS-i pakkimisvõimsus kasvab 38 000 12-tolliselt vahvlilt 2024. aastal 83 000-ni 2025. aastal ja 112 000-ni 2026. aastal. See kasv suurendab otseselt nõudlust ränikarbiidi (SiC) vaheühendite järele.

Kuigi 12-tollised SiC-aluspinnad on praegu kallid, eeldatakse, et hinnad langevad järk-järgult mõistlikule tasemele, kuna masstootmine suureneb ja tehnoloogia areneb, luues tingimused suuremahuliste rakenduste jaoks.

SiC-vahetükid mitte ainult ei lahenda soojuse hajumise probleeme, vaid parandavad oluliselt ka integreerimistihedust. 12-tolliste SiC-aluste pindala on ligi 90% suurem kui 8-tollistel aluspindadel, mis võimaldab ühel vahetükil integreerida rohkem kiibimooduleid, toetades otseselt NVIDIA 7x siibriga CoWoS-i pakendi nõudeid.

TSMC teeb SiC-vahetükkide tootmistehnoloogia arendamiseks koostööd Jaapani ettevõtetega, näiteks DISCOga. Kui uued seadmed on paigas, sujub SiC-vahetükkide tootmine sujuvamalt ning täiustatud pakendite turuletoomine on oodata esimest korda 2027. aastal.

Selle uudise ajendatuna saavutasid SiC-ga seotud aktsiad 5. septembril tugeva tulemuse, kusjuures indeks tõusis 5,76%. Ettevõtted nagu Tianyue Advanced, Luxshare Precision ja Tiantong Co. jõudsid päevase piirmäärani, samas kui Jingsheng Mechanical & Electrical ja Yintang Intelligent Control tõusid üle 10%.

Daily Economic Newsi andmetel kavatseb NVIDIA oma järgmise põlvkonna Rubini protsessori arendusplaanis jõudluse parandamiseks asendada CoWoS-i täiustatud pakendamisprotsessi vahematerjali ränikarbiidiga.

Avalik teave näitab, et ränikarbiidil on suurepärased füüsikalised omadused. Võrreldes ränikarbiidiga pakuvad ränikarbiidi (SiC) seadmed eeliseid, nagu suur võimsustihedus, väike võimsuskadu ja erakordne stabiilsus kõrgel temperatuuril. Tianfeng Securitiesi andmetel hõlmab ränikarbiidi (SiC) tööstusahela eelnev etapp ränikarbiidi (SiC) aluspindade ja epitaksiaalsete vahvlite ettevalmistamist; kesktee hõlmab ränikarbiidi (SiC) toiteseadmete ja raadiosagedusseadmete projekteerimist, tootmist ja pakendamist/testimist.

SiC rakendused on ulatuslikud, hõlmates üle kümne tööstusharu, sealhulgas uue energiaga sõidukid, fotogalvaanika, tööstuslik tootmine, transport, side baasjaamad ja radarid. Nende hulgas saab autotööstusest SiC peamine rakendusvaldkond. Aijian Securitiesi andmetel moodustab autotööstus 2028. aastaks 74% ülemaailmsest SiC-seadmete turust.

Yole Intelligence'i andmetel oli ülemaailmse juhtiva ja poolisoleeriva ränikarbiidi (SiC) alusmaterjalide turu suurus 2022. aastal vastavalt 512 miljonit ja 242 miljonit. Prognooside kohaselt ulatub ülemaailmse ränikarbiidi (SiC) turu suurus 2026. aastaks 2,053 miljardi dollarini, kusjuures juhtiva ja poolisoleeriva ränikarbiidi (SiC) alusmaterjalide turu suurus on vastavalt 1,62 miljardit ja 433 miljonit dollarit. Juhtiva ja poolisoleeriva ränikarbiidi (SiC) alusmaterjalide liitkasvumäärad aastatel 2022–2026 peaksid olema vastavalt 33,37% ja 15,66%.

XKH on spetsialiseerunud ränikarbiidist (SiC) toodete kohandatud arendusele ja ülemaailmsele müügile, pakkudes nii juhtivate kui ka poolisoleerivate ränikarbiidi aluspindade jaoks täielikku suuruste valikut vahemikus 2–12 tolli. Toetame selliste parameetrite nagu kristalli orientatsioon, takistus (10⁻³–10¹⁰ Ω·cm) ja paksus (350–2000 μm) personaalset kohandamist. Meie tooteid kasutatakse laialdaselt tipptasemel valdkondades, sealhulgas uutes energiaallikates, fotogalvaanilistes inverterites ja tööstusmootorites. Tugeva tarneahela süsteemi ja tehnilise toe meeskonna abil tagame kiire reageerimise ja täpse tarnimise, aidates klientidel parandada seadmete jõudlust ja optimeerida süsteemi kulusid.