¡Los procesadores NVIDIA cambian al material de interfaz térmica! ¡Se espera que la demanda de sustratos de SiC se dispare!​

El cuello de botella térmico de los futuros chips de IA se está superando mediante el uso de materiales de sustrato de carburo de silicio (SiC).

Según informes de medios de comunicación extranjeros, NVIDIA planea reemplazar el material de sustrato intermedio en el proceso de empaquetado avanzado CoWoS de sus procesadores de próxima generación con carburo de silicio. TSMC ha invitado a los principales fabricantes a desarrollar conjuntamente tecnologías de fabricación para sustratos intermedios de SiC. Este cambio aborda las limitaciones físicas de las mejoras actuales en el rendimiento de los chips de IA. A medida que aumenta la potencia de la GPU, la integración de múltiples chips en interposers de silicio genera demandas térmicas extremas, lo que empuja a los materiales de silicio tradicionales más allá de sus capacidades de disipación de calor.

El carburo de silicio, un semiconductor de banda ancha, ofrece ventajas únicas en entornos de alta potencia y alto flujo de calor extremos. Sus beneficios principales en el empaquetado de GPU incluyen:

1.​​Gestión térmica mejorada​​: Reemplazar los interposers de silicio con SiC reduce la resistencia térmica en casi un 70%.

2.​Arquitectura de energía optimizada​​: SiC permite módulos reguladores de voltaje (VRM) más pequeños y eficientes, acortando las rutas de suministro de energía y minimizando las pérdidas resistivas para respuestas de corriente más rápidas y estables en las cargas de trabajo de IA.

Esta transformación aborda directamente los desafíos de la escalada de potencia de la GPU, proporcionando una solución de alta eficiencia para los procesadores de próxima generación.

​​Ventajas clave del carburo de silicio​​

•​2–3× mayor conductividad térmica​​ que el silicio, resolviendo los problemas de disipación de calor en chips de alta potencia.

•​20–30°C temperaturas de unión más bajas​​ para una mejor estabilidad en escenarios de alto rendimiento.

​​Hoja de ruta de implementación y desafíos​​

NVIDIA planea un enfoque por fases:

•​2025–2026​​: Las GPU Rubin de primera generación conservarán los interposers de silicio mientras TSMC colabora con los proveedores para desarrollar tecnologías de fabricación de SiC.

•​​2027​​: Adopción a gran escala de interposers de SiC en empaquetado avanzado.

Los principales obstáculos incluyen:

•​Dureza del material​​: La dureza similar al diamante del carburo de silicio exige un corte de ultraprecisión. Las superficies no uniformes resultantes de un corte subóptimo hacen que los sustratos sean inutilizables. La empresa japonesa DISCO está desarrollando sistemas de corte por láser de próxima generación para abordar esto.

​​Perspectivas del mercado​​

•​Adopción temprana​​: Los interposers de SiC aparecerán por primera vez en los chips de IA insignia. El diseño CoWoS de 7x máscaras de TSMC (lanzamiento en 2027) ampliará el área del interposer a 14,400 mm², impulsando la demanda de sustratos.

•​Expansión de la capacidad​​: Morgan Stanley pronostica que la capacidad mensual de CoWoS aumentará de 38,000 obleas de 12 pulgadas en 2024 a 83,000 en 2025 y 112,000 en 2026, impulsando directamente la demanda de interposers de SiC.

•​Tendencias de costos​​: A pesar de los altos precios actuales, se espera que los sustratos de SiC de 12 pulgadas disminuyan a niveles viables a medida que se escala la producción.

​​Impacto en las aplicaciones posteriores​​

•​​Densidad de integración​​: Los sustratos de SiC de 12 pulgadas ofrecen un área un 90% mayor que las versiones de 8 pulgadas, lo que permite más módulos Chiplet por interposer.

•​​Sinergia de la cadena de suministro​​: TSMC y DISCO están avanzando en I+D de fabricación, con producción comercial programada para 2027.

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Reacción del mercado​​

El 5 de septiembre, las acciones relacionadas con SiC subieron un 5,76%, lideradas por Tianyue Advanced, Luxi Technology y Tianshun Shares. Los impulsores clave incluyen:

•La hoja de ruta del procesador Rubin de NVIDIA.

•Las propiedades superiores de SiC: alta densidad de potencia, bajas pérdidas y estabilidad térmica.

​​Proyecciones de la industria​​

•​Tamaño del mercado​​: Los mercados mundiales de sustratos de SiC conductivos/semi-aislantes alcanzaron los 512 millones/242 millones en 2022, y se proyecta que alcancen los 1.62 mil millones/433 millones para 2026 (CAGR: 33.37%/15.66%).

•​Aplicaciones​​: La automoción dominará, representando el 74% de los dispositivos de potencia de SiC para 2028.

​​Dinámica de la cadena de suministro​​

•​Liderazgo​​: Tianyue Advanced (n.º 2 mundial en SiC conductivo), Sanan y Luxi Technology lideran la producción.

•​​Equipos​​: Empresas nacionales como NAURA y Jingce tienen >60% de la cuota de mercado en equipos de crecimiento de cristales de SiC.

​​Riesgos y oportunidades​​

•​​Obstáculos técnicos​​: El control de la densidad de defectos y la uniformidad de las obleas de 12 pulgadas siguen siendo desafíos críticos.

•​Competitividad de costos​​: Escalar la producción y mejorar el rendimiento son esenciales para la adopción masiva.

​​Conclusión​​

El cambio de NVIDIA a los interposers de SiC marca un momento crucial para el empaquetado avanzado. Si bien persisten las barreras técnicas y de costos, la sinergia entre la demanda impulsada por la IA y la innovación de materiales posiciona a SiC como la piedra angular de la infraestructura de semiconductores de próxima generación.

ZMSH se especializa en la personalización y el suministro de sustratos de carburo de silicio (SiC) conductivos/semi-aislantes de 2 a 12 pulgadas, ofreciendo soluciones a medida para la orientación de cristales (<100>/<111>), resistividad (10⁻³–10⁰ Ω·cm) y espesor (350–2000 μm) para satisfacer las necesidades de la electrónica de potencia, los dispositivos de RF y las aplicaciones optoelectrónicas.

Ofrecemos mecanizado de precisión avanzado para componentes de SiC de formas complejas, logrando tolerancias de ±0.01 mm en los procesos de corte, rectificado y pulido. Nuestra colaboración técnica integral abarca el corte de obleas, el acabado de superficies y la optimización del empaquetado, lo que garantiza la compatibilidad con la unión a alta temperatura y los requisitos de encapsulación avanzada.