Índice
1. Gargalo na dissipação de calor em chips de IA e o avanço dos materiais de carboneto de silício
2. Características e vantagens técnicas dos substratos de carbeto de silício
3. Planos estratégicos e desenvolvimento colaborativo da NVIDIA e da TSMC
4. Caminho de Implementação e Principais Desafios Técnicos
5. Perspectivas de mercado e expansão da capacidade
6. Impacto na cadeia de suprimentos e no desempenho de empresas relacionadas
7. Aplicações gerais e tamanho total do mercado de carboneto de silício
8. Soluções personalizadas e suporte ao produto da XKH
O gargalo da dissipação de calor dos futuros chips de IA está sendo superado pelos materiais de substrato de carboneto de silício (SiC).
Segundo relatos da mídia estrangeira, a NVIDIA planeja substituir o material do substrato intermediário no processo de encapsulamento avançado CoWoS de seus processadores de próxima geração por carboneto de silício. A TSMC convidou grandes fabricantes para desenvolver em conjunto tecnologias de fabricação para substratos intermediários de SiC.
O principal motivo é que a melhoria de desempenho dos chips de IA atuais encontrou limitações físicas. À medida que a potência das GPUs aumenta, a integração de múltiplos chips em interposers de silício gera demandas extremamente altas de dissipação de calor. O calor gerado dentro dos chips está se aproximando do seu limite, e os interposers de silício tradicionais não conseguem lidar eficazmente com esse desafio.
Processadores NVIDIA mudam materiais de dissipação de calor! Demanda por substrato de carboneto de silício deve explodir! O carboneto de silício é um semicondutor de banda proibida larga, e suas propriedades físicas únicas lhe conferem vantagens significativas em ambientes extremos com alta potência e alto fluxo de calor. Em embalagens avançadas de GPUs, ele oferece duas vantagens principais:
1. Capacidade de dissipação de calor: A substituição de interposers de silício por interposers de SiC pode reduzir a resistência térmica em quase 70%.
2. Arquitetura de energia eficiente: O SiC permite a criação de módulos reguladores de tensão menores e mais eficientes, encurtando significativamente os caminhos de fornecimento de energia, reduzindo as perdas no circuito e proporcionando respostas de corrente dinâmica mais rápidas e estáveis para cargas de computação de IA.
Essa transformação visa solucionar os desafios de dissipação de calor causados pelo aumento contínuo da potência das GPUs, oferecendo uma solução mais eficiente para chips de computação de alto desempenho.
A condutividade térmica do carbeto de silício é de 2 a 3 vezes maior que a do silício, melhorando efetivamente a eficiência do gerenciamento térmico e resolvendo problemas de dissipação de calor em chips de alta potência. Seu excelente desempenho térmico pode reduzir a temperatura de junção dos chips de GPU em 20 a 30 °C, aumentando significativamente a estabilidade em cenários de computação intensiva.
Caminho de implementação e desafios
Segundo fontes da cadeia de suprimentos, a NVIDIA implementará essa transformação de materiais em duas etapas:
• 2025-2026: A GPU Rubin de primeira geração ainda utilizará interposers de silício. A TSMC convidou os principais fabricantes para desenvolver em conjunto a tecnologia de fabricação de interposers de SiC.
• 2027: Os interpositores de SiC serão oficialmente integrados ao processo de encapsulamento avançado.
No entanto, esse plano enfrenta muitos desafios, principalmente nos processos de fabricação. A dureza do carboneto de silício é comparável à do diamante, exigindo tecnologia de corte extremamente avançada. Se a tecnologia de corte for inadequada, a superfície do SiC pode ficar ondulada, tornando-a inutilizável para embalagens avançadas. Fabricantes de equipamentos, como a japonesa DISCO, estão trabalhando no desenvolvimento de novos equipamentos de corte a laser para solucionar esse desafio.
Perspectivas Futuras
Atualmente, a tecnologia de interposer de SiC será usada primeiramente nos chips de IA mais avançados. A TSMC planeja lançar um CoWoS com retículo 7x em 2027 para integrar mais processadores e memória, aumentando a área do interposer para 14.400 mm², o que impulsionará uma maior demanda por substratos.
A Morgan Stanley prevê que a capacidade global mensal de encapsulamento de CoWoS aumentará de 38.000 wafers de 12 polegadas em 2024 para 83.000 em 2025 e 112.000 em 2026. Esse crescimento impulsionará diretamente a demanda por interposers de SiC.
Embora os substratos de SiC de 12 polegadas sejam atualmente caros, espera-se que os preços diminuam gradualmente para níveis razoáveis à medida que a produção em massa aumente e a tecnologia amadureça, criando condições para aplicações em larga escala.
Os interpositores de SiC não apenas resolvem problemas de dissipação de calor, mas também melhoram significativamente a densidade de integração. A área dos substratos de SiC de 12 polegadas é quase 90% maior do que a dos substratos de 8 polegadas, permitindo que um único interpositor integre mais módulos de chiplet, atendendo diretamente aos requisitos de encapsulamento CoWoS com retículo 7x da NVIDIA.
A TSMC está colaborando com empresas japonesas como a DISCO para desenvolver tecnologia de fabricação de interposer de SiC. Assim que os novos equipamentos estiverem em funcionamento, a fabricação de interposer de SiC prosseguirá de forma mais eficiente, com a entrada no mercado de embalagens avançadas prevista para 2027.
Impulsionadas por essa notícia, as ações relacionadas ao SiC tiveram um forte desempenho em 5 de setembro, com o índice subindo 5,76%. Empresas como Tianyue Advanced, Luxshare Precision e Tiantong Co. atingiram o limite máximo de alta do dia, enquanto Jingsheng Mechanical & Electrical e Yintang Intelligent Control registraram altas superiores a 10%.
Segundo o Daily Economic News, para melhorar o desempenho, a NVIDIA planeja substituir o material do substrato intermediário no processo de encapsulamento avançado CoWoS por carboneto de silício em seu projeto de desenvolvimento do processador Rubin de próxima geração.
Informações públicas mostram que o carboneto de silício possui excelentes propriedades físicas. Comparados aos dispositivos de silício, os dispositivos de SiC oferecem vantagens como alta densidade de potência, baixa perda de potência e excepcional estabilidade em altas temperaturas. De acordo com a Tianfeng Securities, a cadeia produtiva do SiC, a montante, envolve a preparação de substratos de SiC e wafers epitaxiais; a etapa intermediária inclui o projeto, a fabricação e a embalagem/teste de dispositivos de potência e dispositivos de radiofrequência (RF) de SiC.
Na cadeia de valor subsequente, as aplicações do SiC são extensas, abrangendo mais de dez setores, incluindo veículos de novas energias, energia fotovoltaica, manufatura industrial, transporte, estações base de comunicação e radar. Dentre esses, o setor automotivo se tornará o principal campo de aplicação do SiC. De acordo com a Aijian Securities, até 2028, o setor automotivo representará 74% do mercado global de dispositivos de potência de SiC.
Em termos de tamanho total de mercado, de acordo com a Yole Intelligence, os mercados globais de substratos de SiC condutores e semi-isolantes atingiram US$ 512 milhões e US$ 242 milhões, respectivamente, em 2022. Projeta-se que, até 2026, o mercado global de SiC alcance US$ 2,053 bilhões, com os mercados de substratos de SiC condutores e semi-isolantes atingindo US$ 1,62 bilhão e US$ 433 milhões, respectivamente. As taxas de crescimento anual composto (CAGR) para substratos de SiC condutores e semi-isolantes de 2022 a 2026 devem ser de 33,37% e 15,66%, respectivamente.
A XKH é especializada no desenvolvimento personalizado e na venda global de produtos de carboneto de silício (SiC), oferecendo uma gama completa de tamanhos de 2 a 12 polegadas para substratos de carboneto de silício condutores e semi-isolantes. Oferecemos suporte à personalização de parâmetros como orientação cristalina, resistividade (10⁻³–10¹⁰ Ω·cm) e espessura (350–2000 μm). Nossos produtos são amplamente utilizados em setores de ponta, incluindo veículos de novas energias, inversores fotovoltaicos e motores industriais. Com um sistema robusto de cadeia de suprimentos e uma equipe de suporte técnico, garantimos respostas rápidas e entregas precisas, ajudando os clientes a aprimorar o desempenho dos dispositivos e otimizar os custos do sistema.
Data da publicação: 12/09/2025