เปลี่ยนวัสดุระบายความร้อน! ความต้องการวัสดุรองรับซิลิคอนคาร์ไบด์เตรียมพุ่งสูงขึ้น!

สารบัญ

1. ปัญหาคอขวดด้านการระบายความร้อนในชิป AI และความก้าวหน้าของวัสดุซิลิคอนคาร์ไบด์

2. คุณลักษณะและข้อได้เปรียบทางเทคนิคของวัสดุรองรับซิลิคอนคาร์ไบด์

3. แผนยุทธศาสตร์และการพัฒนาร่วมกันระหว่าง NVIDIA และ TSMC

4. เส้นทางการนำไปใช้และความท้าทายทางเทคนิคที่สำคัญ

5. แนวโน้มตลาดและการขยายกำลังการผลิต

6. ผลกระทบต่อห่วงโซ่อุปทานและผลการดำเนินงานของบริษัทที่เกี่ยวข้อง

7. การใช้งานที่หลากหลายและขนาดตลาดโดยรวมของซิลิคอนคาร์ไบด์

8. โซลูชันที่ปรับแต่งได้และการสนับสนุนผลิตภัณฑ์ของ XKH

ปัญหาคอขวดด้านการระบายความร้อนของชิป AI ในอนาคตกำลังได้รับการแก้ไขด้วยวัสดุพื้นผิวซิลิคอนคาร์ไบด์ (SiC)

จากรายงานของสื่อต่างประเทศ NVIDIA วางแผนที่จะเปลี่ยนวัสดุตัวกลางในกระบวนการผลิตชิปประมวลผลขั้นสูง CoWoS ของโปรเซสเซอร์รุ่นต่อไปด้วยซิลิคอนคาร์ไบด์ โดย TSMC ได้เชิญผู้ผลิตรายใหญ่เข้าร่วมพัฒนาเทคโนโลยีการผลิตวัสดุตัวกลาง SiC ด้วยกัน

สาเหตุหลักคือ การพัฒนาประสิทธิภาพของชิป AI ในปัจจุบันได้ประสบกับข้อจำกัดทางกายภาพ เมื่อพลังการประมวลผลของ GPU เพิ่มขึ้น การรวมชิปหลายตัวเข้ากับแผ่นเชื่อมต่อซิลิคอนจะทำให้ความต้องการในการระบายความร้อนสูงมาก ความร้อนที่เกิดขึ้นภายในชิปกำลังเข้าใกล้ขีดจำกัด และแผ่นเชื่อมต่อซิลิคอนแบบดั้งเดิมไม่สามารถรับมือกับความท้าทายนี้ได้อย่างมีประสิทธิภาพ

โปรเซสเซอร์ NVIDIA เปลี่ยนวัสดุระบายความร้อน! ความต้องการแผ่นรองพื้นซิลิคอนคาร์ไบด์เตรียมพุ่งสูงขึ้น! ซิลิคอนคาร์ไบด์เป็นสารกึ่งตัวนำที่มีช่องว่างแถบพลังงานกว้าง และคุณสมบัติทางกายภาพที่เป็นเอกลักษณ์ทำให้มันมีข้อได้เปรียบอย่างมากในสภาพแวดล้อมที่รุนแรงซึ่งมีกำลังไฟสูงและฟลักซ์ความร้อนสูง ในการบรรจุภัณฑ์ขั้นสูงของ GPU มันมีข้อได้เปรียบหลักสองประการ:

1. ความสามารถในการระบายความร้อน: การเปลี่ยนแผ่นเชื่อมต่อซิลิคอนเป็นแผ่นเชื่อมต่อ SiC สามารถลดความต้านทานความร้อนได้เกือบ 70%

2. สถาปัตยกรรมพลังงานที่มีประสิทธิภาพ: SiC ช่วยให้สามารถสร้างโมดูลควบคุมแรงดันไฟฟ้าที่มีประสิทธิภาพและขนาดเล็กกว่าเดิมได้อย่างมาก ช่วยลดระยะทางในการส่งพลังงาน ลดการสูญเสียในวงจร และให้การตอบสนองกระแสไฟฟ้าแบบไดนามิกที่รวดเร็วและเสถียรยิ่งขึ้นสำหรับโหลดการประมวลผล AI

การเปลี่ยนแปลงครั้งนี้มีจุดมุ่งหมายเพื่อแก้ไขปัญหาการระบายความร้อนที่เกิดจากพลังงาน GPU ที่เพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่อง โดยนำเสนอโซลูชันที่มีประสิทธิภาพมากขึ้นสำหรับชิปประมวลผลประสิทธิภาพสูง

ค่าการนำความร้อนของซิลิคอนคาร์ไบด์สูงกว่าซิลิคอนถึง 2-3 เท่า ช่วยเพิ่มประสิทธิภาพการจัดการความร้อนและแก้ปัญหาการระบายความร้อนในชิปกำลังสูงได้อย่างมีประสิทธิภาพ ประสิทธิภาพการระบายความร้อนที่ยอดเยี่ยมนี้สามารถลดอุณหภูมิจุดเชื่อมต่อของชิป GPU ได้ 20-30°C ช่วยเพิ่มเสถียรภาพอย่างมากในสถานการณ์การประมวลผลสูง

เส้นทางการดำเนินการและความท้าทาย

แหล่งข่าวจากห่วงโซ่อุปทานระบุว่า NVIDIA จะดำเนินการเปลี่ยนแปลงวัสดุนี้ในสองขั้นตอน:

• 2025-2026: GPU Rubin รุ่นแรกจะยังคงใช้แผ่นเชื่อมต่อซิลิคอน (SiC interposer) โดย TSMC ได้เชิญผู้ผลิตรายใหญ่เข้าร่วมพัฒนาเทคโนโลยีการผลิตแผ่นเชื่อมต่อ SiC ร่วมกัน

• 2027: ตัวเชื่อมต่อ SiC จะถูกนำมาใช้ในกระบวนการบรรจุภัณฑ์ขั้นสูงอย่างเป็นทางการ

อย่างไรก็ตาม แผนนี้เผชิญกับความท้าทายหลายประการ โดยเฉพาะอย่างยิ่งในกระบวนการผลิต ความแข็งของซิลิคอนคาร์ไบด์เทียบได้กับเพชร ทำให้ต้องใช้เทคโนโลยีการตัดที่สูงมาก หากเทคโนโลยีการตัดไม่เพียงพอ พื้นผิวของซิลิคอนคาร์ไบด์อาจเกิดการบิดเบี้ยว ทำให้ไม่สามารถนำไปใช้กับบรรจุภัณฑ์ขั้นสูงได้ ผู้ผลิตอุปกรณ์ เช่น DISCO ของญี่ปุ่น กำลังพัฒนาอุปกรณ์ตัดด้วยเลเซอร์แบบใหม่เพื่อแก้ไขปัญหานี้

โอกาสในอนาคต

ปัจจุบัน เทคโนโลยีตัวเชื่อมต่อ SiC จะถูกนำมาใช้ในชิป AI ที่ล้ำสมัยที่สุดเป็นครั้งแรก TSMC วางแผนที่จะเปิดตัว CoWoS แบบ 7x reticle ในปี 2027 เพื่อรวมโปรเซสเซอร์และหน่วยความจำจำนวนมากขึ้น ซึ่งจะเพิ่มพื้นที่ตัวเชื่อมต่อเป็น 14,400 ตารางมิลลิเมตร ส่งผลให้ความต้องการแผ่นรองรับ (substrate) เพิ่มขึ้น

Morgan Stanley คาดการณ์ว่ากำลังการผลิตบรรจุภัณฑ์ CoWoS ทั่วโลกต่อเดือนจะเพิ่มขึ้นจาก 38,000 แผ่นเวเฟอร์ขนาด 12 นิ้วในปี 2024 เป็น 83,000 แผ่นในปี 2025 และ 112,000 แผ่นในปี 2026 การเติบโตนี้จะส่งผลโดยตรงต่อความต้องการตัวเชื่อมต่อ SiC

แม้ว่าปัจจุบันแผ่นรองพื้น SiC ขนาด 12 นิ้วจะมีราคาแพง แต่คาดว่าราคาจะค่อยๆ ลดลงจนอยู่ในระดับที่เหมาะสมเมื่อการผลิตในปริมาณมากเพิ่มขึ้นและเทคโนโลยีพัฒนาขึ้น ซึ่งจะสร้างเงื่อนไขสำหรับการใช้งานในวงกว้าง

แผ่นเชื่อมต่อ SiC ไม่เพียงแต่ช่วยแก้ปัญหาการระบายความร้อน แต่ยังช่วยเพิ่มความหนาแน่นของการรวมวงจรได้อย่างมาก พื้นที่ของแผ่นรองพื้น SiC ขนาด 12 นิ้วนั้นใหญ่กว่าแผ่นรองพื้นขนาด 8 นิ้วเกือบ 90% ทำให้แผ่นเชื่อมต่อเพียงแผ่นเดียวสามารถรวมโมดูล Chiplet ได้มากขึ้น ซึ่งรองรับข้อกำหนดการบรรจุภัณฑ์ CoWoS แบบ 7x reticle ของ NVIDIA ได้โดยตรง

TSMC กำลังร่วมมือกับบริษัทญี่ปุ่น เช่น DISCO เพื่อพัฒนาเทคโนโลยีการผลิตตัวเชื่อมต่อ SiC เมื่อมีอุปกรณ์ใหม่พร้อมใช้งาน การผลิตตัวเชื่อมต่อ SiC จะดำเนินไปอย่างราบรื่นยิ่งขึ้น โดยคาดว่าจะสามารถนำไปใช้ในบรรจุภัณฑ์ขั้นสูงได้เร็วที่สุดในปี 2027

จากข่าวนี้ หุ้นที่เกี่ยวข้องกับ SiC จึงปรับตัวขึ้นอย่างแข็งแกร่งในวันที่ 5 กันยายน โดยดัชนีเพิ่มขึ้น 5.76% บริษัทต่างๆ เช่น Tianyue Advanced, Luxshare Precision และ Tiantong Co. ทำราคาขึ้นสูงสุดในรอบวัน ขณะที่ Jingsheng Mechanical & Electrical และ Yintang Intelligent Control พุ่งขึ้นกว่า 10%

ตามรายงานของ Daily Economic News เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพ NVIDIA วางแผนที่จะเปลี่ยนวัสดุตัวกลางในกระบวนการบรรจุภัณฑ์ขั้นสูง CoWoS ด้วยซิลิคอนคาร์ไบด์ในแบบแผนการพัฒนาโปรเซสเซอร์ Rubin รุ่นต่อไป

ข้อมูลสาธารณะแสดงให้เห็นว่าซิลิคอนคาร์ไบด์มีคุณสมบัติทางกายภาพที่ยอดเยี่ยม เมื่อเปรียบเทียบกับอุปกรณ์ซิลิคอน อุปกรณ์ SiC มีข้อดีหลายประการ เช่น ความหนาแน่นของกำลังสูง การสูญเสียพลังงานต่ำ และความเสถียรที่อุณหภูมิสูงเป็นพิเศษ จากข้อมูลของบริษัทหลักทรัพย์เทียนเฟิง ห่วงโซ่อุตสาหกรรม SiC ต้นน้ำเกี่ยวข้องกับการเตรียมพื้นผิว SiC และเวเฟอร์แบบเอพิแทกเซียล ในขณะที่กลางน้ำประกอบด้วยการออกแบบ การผลิต และการบรรจุ/ทดสอบอุปกรณ์ไฟฟ้า SiC และอุปกรณ์ RF

ในส่วนปลายน้ำ การใช้งาน SiC มีมากมาย ครอบคลุมกว่าสิบอุตสาหกรรม รวมถึงยานยนต์พลังงานใหม่ พลังงานแสงอาทิตย์ การผลิตภาคอุตสาหกรรม การขนส่ง สถานีฐานการสื่อสาร และเรดาร์ ในบรรดาอุตสาหกรรมเหล่านี้ อุตสาหกรรมยานยนต์จะกลายเป็นสาขาการใช้งานหลักของ SiC จากข้อมูลของ Aijian Securities คาดว่าภายในปี 2028 ภาคยานยนต์จะครองส่วนแบ่ง 74% ของตลาดอุปกรณ์ SiC กำลังสูงทั่วโลก

ในแง่ของขนาดตลาดโดยรวม จากข้อมูลของ Yole Intelligence ขนาดตลาดแผ่นรองพื้น SiC แบบนำไฟฟ้าและกึ่งฉนวนทั่วโลกอยู่ที่ 512 ล้านและ 242 ล้านดอลลาร์สหรัฐ ตามลำดับ ในปี 2022 คาดการณ์ว่าภายในปี 2026 ขนาดตลาด SiC ทั่วโลกจะสูงถึง 2.053 พันล้านดอลลาร์สหรัฐ โดยขนาดตลาดแผ่นรองพื้น SiC แบบนำไฟฟ้าและกึ่งฉนวนจะสูงถึง 1.62 พันล้านดอลลาร์สหรัฐ และ 433 ล้านดอลลาร์สหรัฐ ตามลำดับ อัตราการเติบโตเฉลี่ยต่อปี (CAGR) สำหรับแผ่นรองพื้น SiC แบบนำไฟฟ้าและกึ่งฉนวนในช่วงปี 2022 ถึง 2026 คาดว่าจะอยู่ที่ 33.37% และ 15.66% ตามลำดับ

XKH เชี่ยวชาญด้านการพัฒนาและจำหน่ายผลิตภัณฑ์ซิลิคอนคาร์ไบด์ (SiC) ทั่วโลก โดยนำเสนอขนาดครบวงจรตั้งแต่ 2 ถึง 12 นิ้ว สำหรับทั้งแผ่นรองพื้นซิลิคอนคาร์ไบด์แบบนำไฟฟ้าและกึ่งฉนวน เราสนับสนุนการปรับแต่งพารามิเตอร์เฉพาะบุคคล เช่น ทิศทางการเรียงตัวของผลึก ความต้านทาน (10⁻³–10¹⁰ Ω·cm) และความหนา (350–2000 μm) ผลิตภัณฑ์ของเราถูกนำไปใช้อย่างแพร่หลายในด้านเทคโนโลยีระดับสูง รวมถึงยานยนต์พลังงานใหม่ อินเวอร์เตอร์พลังงานแสงอาทิตย์ และมอเตอร์อุตสาหกรรม ด้วยระบบห่วงโซ่อุปทานที่แข็งแกร่งและทีมสนับสนุนด้านเทคนิค เราจึงมั่นใจได้ถึงการตอบสนองที่รวดเร็วและการจัดส่งที่แม่นยำ ช่วยให้ลูกค้าเพิ่มประสิทธิภาพของอุปกรณ์และลดต้นทุนของระบบ