Inhoudsopgave
1. Warmteafvoerprobleem in AI-chips en de doorbraak van siliciumcarbide materialen
2. Kenmerken en technische voordelen van siliciumcarbide substraten
3. Strategische plannen en gezamenlijke ontwikkeling door NVIDIA en TSMC
4. Implementatietraject en belangrijkste technische uitdagingen
5. Marktvooruitzichten en capaciteitsuitbreiding
6. Impact op de toeleveringsketen en de prestaties van gerelateerde bedrijven
7. Brede toepassingen en totale marktomvang van siliciumcarbide
8. Maatwerkoplossingen en productondersteuning van XKH
Het knelpunt op het gebied van warmteafvoer bij toekomstige AI-chips wordt overwonnen door substraatmaterialen van siliciumcarbide (SiC).
Volgens buitenlandse mediaberichten is NVIDIA van plan om het tussenliggende substraatmateriaal in het geavanceerde CoWoS-verpakkingsproces van zijn volgende generatie processoren te vervangen door siliciumcarbide. TSMC heeft grote fabrikanten uitgenodigd om gezamenlijk productietechnologieën voor SiC-tussenliggende substraten te ontwikkelen.
De voornaamste reden is dat de prestatieverbetering van de huidige AI-chips op fysieke beperkingen stuit. Naarmate het vermogen van GPU's toeneemt, leidt de integratie van meerdere chips in silicium-interposers tot extreem hoge eisen aan de warmteafvoer. De warmte die binnen de chips wordt gegenereerd, nadert zijn limiet en traditionele silicium-interposers kunnen deze uitdaging niet effectief aan.
NVIDIA-processoren veranderen van materiaal voor warmteafvoer! De vraag naar siliciumcarbide-substraten zal explosief stijgen! Siliciumcarbide is een halfgeleider met een brede bandgap en de unieke fysische eigenschappen ervan geven het aanzienlijke voordelen in extreme omgevingen met hoog vermogen en hoge warmteflux. In geavanceerde GPU-verpakkingen biedt het twee belangrijke voordelen:
1. Warmteafvoerend vermogen: Het vervangen van silicium-interposers door SiC-interposers kan de thermische weerstand met bijna 70% verminderen.
2. Efficiënte voedingsarchitectuur: SiC maakt de creatie van efficiëntere, kleinere spanningsregelaarmodules mogelijk, waardoor de stroomtoevoerpaden aanzienlijk worden verkort, circuitverliezen worden verminderd en snellere, stabielere dynamische stroomreacties voor AI-berekeningen worden geboden.
Deze transformatie is bedoeld om de problemen met warmteafvoer aan te pakken die ontstaan door het continu toenemende vermogen van GPU's, en biedt een efficiëntere oplossing voor krachtige computerchips.
De thermische geleidbaarheid van siliciumcarbide is 2-3 keer hoger dan die van silicium, waardoor de thermische efficiëntie aanzienlijk wordt verbeterd en problemen met warmteafvoer in krachtige chips worden opgelost. De uitstekende thermische prestaties kunnen de junctietemperatuur van GPU-chips met 20-30 °C verlagen, wat de stabiliteit in veeleisende computeromgevingen aanzienlijk verbetert.
Implementatietraject en uitdagingen
Volgens bronnen binnen de toeleveringsketen zal NVIDIA deze materiaaltransformatie in twee stappen doorvoeren:
• 2025-2026: De eerste generatie Rubin GPU zal nog steeds gebruikmaken van silicium interposers. TSMC heeft grote fabrikanten uitgenodigd om gezamenlijk technologie te ontwikkelen voor de productie van SiC interposers.
• 2027: SiC-interposers zullen officieel worden geïntegreerd in het geavanceerde verpakkingsproces.
Dit plan stuit echter op veel uitdagingen, met name in de productieprocessen. De hardheid van siliciumcarbide is vergelijkbaar met die van diamant, waardoor extreem geavanceerde snijtechnologie nodig is. Als de snijtechnologie ontoereikend is, kan het SiC-oppervlak golvend worden, waardoor het onbruikbaar wordt voor geavanceerde verpakkingstechnieken. Apparatuurfabrikanten zoals het Japanse DISCO werken aan de ontwikkeling van nieuwe lasersnijapparatuur om deze uitdaging aan te gaan.
Toekomstperspectieven
Momenteel wordt SiC-interposertechnologie in eerste instantie gebruikt in de meest geavanceerde AI-chips. TSMC is van plan om in 2027 een 7x reticle CoWoS te lanceren om meer processors en geheugen te integreren, waardoor het interposer-oppervlak toeneemt tot 14.400 mm², wat zal leiden tot een grotere vraag naar substraten.
Morgan Stanley voorspelt dat de wereldwijde maandelijkse CoWoS-verpakkingscapaciteit zal stijgen van 38.000 12-inch wafers in 2024 naar 83.000 in 2025 en 112.000 in 2026. Deze groei zal de vraag naar SiC-interposers direct stimuleren.
Hoewel 12-inch SiC-substraten momenteel duur zijn, wordt verwacht dat de prijzen geleidelijk zullen dalen tot een redelijk niveau naarmate de massaproductie toeneemt en de technologie volwassener wordt, waardoor de voorwaarden worden gecreëerd voor grootschalige toepassingen.
SiC-interposers lossen niet alleen problemen met warmteafvoer op, maar verbeteren ook de integratiedichtheid aanzienlijk. Het oppervlak van 12-inch SiC-substraten is bijna 90% groter dan dat van 8-inch substraten, waardoor een enkele interposer meer chipletmodules kan integreren en direct voldoet aan de 7x reticle CoWoS-verpakkingsvereisten van NVIDIA.
TSMC werkt samen met Japanse bedrijven zoals DISCO aan de ontwikkeling van technologie voor de productie van SiC-interposers. Zodra de nieuwe apparatuur operationeel is, zal de productie van SiC-interposers soepeler verlopen, waardoor de eerste toepassing in geavanceerde verpakkingstechnologieën naar verwachting in 2027 zal plaatsvinden.
Naar aanleiding van dit nieuws presteerden aandelen van bedrijven in de SiC-sector sterk op 5 september, waarbij de index met 5,76% steeg. Bedrijven zoals Tianyue Advanced, Luxshare Precision en Tiantong Co. bereikten de maximale dagelijkse stijging, terwijl Jingsheng Mechanical & Electrical en Yintang Intelligent Control met meer dan 10% stegen.
Volgens de Daily Economic News is NVIDIA van plan om, ter verbetering van de prestaties, het tussenliggende substraatmateriaal in het geavanceerde CoWoS-verpakkingsproces te vervangen door siliciumcarbide in het ontwikkelingsplan voor de volgende generatie Rubin-processoren.
Uit openbare gegevens blijkt dat siliciumcarbide (SiC) uitstekende fysische eigenschappen bezit. In vergelijking met siliciumcomponenten bieden SiC-componenten voordelen zoals een hoge vermogensdichtheid, een laag vermogensverlies en een uitzonderlijke stabiliteit bij hoge temperaturen. Volgens Tianfeng Securities omvat de upstream-fase van de SiC-industrie de voorbereiding van SiC-substraten en epitaxiale wafers; de midstream-fase omvat het ontwerp, de productie en de verpakking/testen van SiC-vermogenscomponenten en RF-componenten.
De toepassingen van SiC in de downstreamsector zijn zeer divers en bestrijken meer dan tien industrieën, waaronder elektrische voertuigen, fotovoltaïsche cellen, industriële productie, transport, communicatiebasisstations en radar. De automobielsector zal hierin de belangrijkste toepassingsgebied voor SiC worden. Volgens Aijian Securities zal de automobielsector in 2028 goed zijn voor 74% van de wereldwijde markt voor SiC-vermogenscomponenten.
Volgens Yole Intelligence bedroeg de wereldwijde markt voor geleidende en halfgeleidende SiC-substraten in 2022 respectievelijk 512 miljoen en 242 miljoen dollar. Naar verwachting zal de wereldwijde SiC-markt in 2026 een omvang van 2,053 miljard dollar bereiken, waarbij de markt voor geleidende en halfgeleidende SiC-substraten respectievelijk 1,62 miljard en 433 miljoen dollar zal bedragen. De samengestelde jaarlijkse groeipercentages (CAGR) voor geleidende en halfgeleidende SiC-substraten van 2022 tot 2026 zullen naar verwachting respectievelijk 33,37% en 15,66% bedragen.
XKH is gespecialiseerd in de ontwikkeling op maat en de wereldwijde verkoop van siliciumcarbide (SiC) producten. We bieden een volledig assortiment van 2 tot 12 inch voor zowel geleidende als halfgeleidende siliciumcarbide substraten. We ondersteunen gepersonaliseerde aanpassingen van parameters zoals kristaloriëntatie, soortelijke weerstand (10⁻³–10¹⁰ Ω·cm) en dikte (350–2000 μm). Onze producten worden veelvuldig gebruikt in hoogwaardige toepassingen, waaronder elektrische voertuigen, fotovoltaïsche omvormers en industriële motoren. Dankzij een robuust toeleveringsketensysteem en een technisch ondersteuningsteam garanderen we een snelle respons en nauwkeurige levering, waardoor klanten de prestaties van hun apparaten kunnen verbeteren en de systeemkosten kunnen optimaliseren.
Geplaatst op: 12 september 2025