Inhaltsverzeichnis
1. Wärmeableitungsengpass in KI-Chips und der Durchbruch von Siliziumkarbidmaterialien
2. Eigenschaften und technische Vorteile von Siliziumkarbidsubstraten
3. Strategische Pläne und gemeinsame Entwicklung von NVIDIA und TSMC
4. Implementierungspfad und zentrale technische Herausforderungen
5. Marktperspektiven und Kapazitätserweiterung
6. Auswirkungen auf die Lieferkette und die Leistung verbundener Unternehmen
7. Breites Anwendungsgebiet und Gesamtmarktgröße von Siliciumcarbid
8. Kundenspezifische Lösungen und Produktsupport von XKH
Der Engpass bei der Wärmeableitung zukünftiger KI-Chips wird durch Siliziumkarbid (SiC)-Substratmaterialien überwunden.
Laut ausländischen Medienberichten plant NVIDIA, das Zwischensubstratmaterial im CoWoS-Verfahren zur Herstellung seiner Prozessoren der nächsten Generation durch Siliziumkarbid zu ersetzen. TSMC hat führende Hersteller eingeladen, gemeinsam Fertigungstechnologien für SiC-Zwischensubstrate zu entwickeln.
Der Hauptgrund liegt darin, dass die Leistungssteigerung aktueller KI-Chips an physikalische Grenzen stößt. Mit steigender GPU-Leistung führt die Integration mehrerer Chips in Silizium-Interposer zu extrem hohen Anforderungen an die Wärmeabfuhr. Die in den Chips entstehende Wärme nähert sich ihrer Grenze, und herkömmliche Silizium-Interposer können diese Herausforderung nicht effektiv bewältigen.
NVIDIA-Prozessoren setzen auf neue Wärmeableitungsmaterialien! Die Nachfrage nach Siliziumkarbid-Substraten wird voraussichtlich explosionsartig steigen! Siliziumkarbid ist ein Halbleiter mit großer Bandlücke, dessen einzigartige physikalische Eigenschaften ihm erhebliche Vorteile in extremen Umgebungen mit hoher Leistung und hohem Wärmefluss verleihen. Im Bereich der fortschrittlichen GPU-Gehäuse bietet es zwei entscheidende Vorteile:
1. Wärmeableitungsfähigkeit: Durch den Austausch von Silizium-Interposern gegen SiC-Interposer kann der Wärmewiderstand um fast 70 % reduziert werden.
2. Effiziente Leistungsarchitektur: SiC ermöglicht die Herstellung effizienterer, kleinerer Spannungsreglermodule, wodurch die Wege der Leistungsübertragung deutlich verkürzt, die Schaltungsverluste reduziert und schnellere, stabilere dynamische Stromreaktionen für KI-Rechenlasten ermöglicht werden.
Diese Transformation zielt darauf ab, die Herausforderungen der Wärmeableitung zu bewältigen, die durch die kontinuierlich steigende GPU-Leistung entstehen, und eine effizientere Lösung für Hochleistungsrechnerchips zu bieten.
Die Wärmeleitfähigkeit von Siliziumkarbid ist 2- bis 3-mal höher als die von Silizium, wodurch die Wärmeableitung in Hochleistungschips deutlich verbessert und Probleme der Wärmeableitung gelöst werden. Dank seiner hervorragenden Wärmeleistung kann die Sperrschichttemperatur von GPU-Chips um 20–30 °C gesenkt und die Stabilität in rechenintensiven Anwendungen signifikant erhöht werden.
Umsetzungspfad und Herausforderungen
Laut Quellen aus der Lieferkette wird NVIDIA diese Materialumwandlung in zwei Schritten durchführen:
• 2025–2026: Die erste Generation der Rubin-GPUs wird weiterhin Silizium-Interposer verwenden. TSMC hat führende Hersteller eingeladen, gemeinsam die Fertigungstechnologie für SiC-Interposer zu entwickeln.
•2027: SiC-Interposer werden offiziell in den Advanced Packaging Prozess integriert.
Dieser Plan steht jedoch vor zahlreichen Herausforderungen, insbesondere im Bereich der Fertigungsprozesse. Die Härte von Siliziumkarbid ist mit der von Diamant vergleichbar, was extrem hohe Schneidtechnologien erfordert. Ist diese unzureichend, kann die SiC-Oberfläche wellig werden und ist somit für moderne Gehäuse unbrauchbar. Gerätehersteller wie das japanische Unternehmen DISCO arbeiten an der Entwicklung neuer Laserschneidanlagen, um diese Herausforderung zu bewältigen.
Zukunftsaussichten
Aktuell wird die SiC-Interposer-Technologie zunächst in den fortschrittlichsten KI-Chips eingesetzt. TSMC plant die Markteinführung eines 7-fach verkleinerten CoWoS-Chips im Jahr 2027, um mehr Prozessoren und Speicher zu integrieren. Dadurch erhöht sich die Interposerfläche auf 14.400 mm², was die Nachfrage nach Substraten weiter steigern wird.
Morgan Stanley prognostiziert, dass die weltweite monatliche CoWoS-Packaging-Kapazität von 38.000 12-Zoll-Wafern im Jahr 2024 auf 83.000 im Jahr 2025 und 112.000 im Jahr 2026 steigen wird. Dieses Wachstum wird die Nachfrage nach SiC-Interposern direkt ankurbeln.
Obwohl 12-Zoll-SiC-Substrate derzeit noch teuer sind, wird erwartet, dass die Preise mit zunehmender Massenproduktion und fortschreitender Technologie allmählich auf ein vernünftiges Niveau sinken werden, wodurch die Voraussetzungen für großflächige Anwendungen geschaffen werden.
SiC-Interposer lösen nicht nur Probleme der Wärmeableitung, sondern verbessern auch die Integrationsdichte deutlich. Die Fläche von 12-Zoll-SiC-Substraten ist fast 90 % größer als die von 8-Zoll-Substraten, wodurch ein einzelner Interposer mehr Chiplet-Module integrieren kann und somit die Anforderungen von NVIDIA an die 7x-Reticle-CoWoS-Gehäusetechnologie direkt erfüllt.
TSMC arbeitet mit japanischen Unternehmen wie DISCO zusammen, um die Fertigungstechnologie für SiC-Interposer weiterzuentwickeln. Sobald die neuen Anlagen installiert sind, wird die SiC-Interposer-Fertigung reibungsloser ablaufen; der frühestmögliche Markteintritt in die Advanced Packaging-Technologie wird für 2027 erwartet.
Angetrieben von diesen Nachrichten entwickelten sich SiC-bezogene Aktien am 5. September stark, der Index stieg um 5,76 %. Unternehmen wie Tianyue Advanced, Luxshare Precision und Tiantong Co. erreichten das Tageslimit, während Jingsheng Mechanical & Electrical und Yintang Intelligent Control um über 10 % zulegten.
Laut Daily Economic News plant NVIDIA, zur Leistungssteigerung das Zwischensubstratmaterial im CoWoS-Verfahren zur Herstellung fortschrittlicher Verpackungen in seinem Entwicklungskonzept für den Rubin-Prozessor der nächsten Generation durch Siliziumkarbid zu ersetzen.
Öffentliche Informationen belegen, dass Siliziumkarbid hervorragende physikalische Eigenschaften besitzt. Im Vergleich zu Siliziumbauelementen bieten SiC-Bauelemente Vorteile wie hohe Leistungsdichte, geringe Leistungsverluste und außergewöhnliche Hochtemperaturstabilität. Laut Tianfeng Securities umfasst die vorgelagerte Wertschöpfungskette der SiC-Industrie die Herstellung von SiC-Substraten und Epitaxie-Wafern; die mittlere Wertschöpfungskette beinhaltet Design, Fertigung und Verpackung/Prüfung von SiC-Leistungsbauelementen und HF-Bauelementen.
Die SiC-Anwendungen sind in der nachgelagerten Wertschöpfungskette breit gefächert und erstrecken sich über mehr als zehn Branchen, darunter Elektrofahrzeuge, Photovoltaik, industrielle Fertigung, Transportwesen, Kommunikationsbasisstationen und Radar. Die Automobilindustrie wird dabei zum wichtigsten Anwendungsgebiet für SiC werden. Laut Aijian Securities wird der Automobilsektor bis 2028 74 % des globalen Marktes für SiC-Leistungshalbleiter ausmachen.
Laut Yole Intelligence belief sich das weltweite Marktvolumen für leitfähige und halbisolierende SiC-Substrate im Jahr 2022 auf 512 Millionen bzw. 242 Millionen US-Dollar. Bis 2026 wird ein Anstieg des globalen SiC-Marktvolumens auf 2,053 Milliarden US-Dollar prognostiziert, wobei die Märkte für leitfähige und halbisolierende SiC-Substrate voraussichtlich 1,62 Milliarden bzw. 433 Millionen US-Dollar erreichen werden. Die durchschnittlichen jährlichen Wachstumsraten (CAGR) für leitfähige und halbisolierende SiC-Substrate werden für den Zeitraum von 2022 bis 2026 voraussichtlich 33,37 % bzw. 15,66 % betragen.
XKH ist spezialisiert auf die kundenspezifische Entwicklung und den weltweiten Vertrieb von Siliziumkarbid-Produkten (SiC) und bietet ein umfassendes Größenspektrum von 2 bis 12 Zoll für leitfähige und halbisolierende Siliziumkarbid-Substrate. Wir unterstützen die individuelle Anpassung von Parametern wie Kristallorientierung, spezifischem Widerstand (10⁻³–10¹⁰ Ω·cm) und Dicke (350–2000 μm). Unsere Produkte finden breite Anwendung in anspruchsvollen Bereichen wie Elektrofahrzeugen, Photovoltaik-Wechselrichtern und Industriemotoren. Dank eines robusten Lieferkettensystems und eines kompetenten technischen Support-Teams gewährleisten wir schnelle Reaktionszeiten und präzise Lieferungen und unterstützen unsere Kunden so bei der Optimierung der Geräteperformance und der Systemkosten.
Veröffentlichungsdatum: 12. September 2025