Se gòj la nan pouvwa informatique AI ke yo te toufe pamateryèl yo.
Intel CEO Lip-Bu Tan te nonmen dyaman, carbure Silisyòm (SiC), fosfid endyòm (InP), nitrure galyòm (GaN), ak substrats vè kòm senk materyèl kle ki enpòtan pou kraze kou boutèy la. Pandan se tan, inisye endistri yo te avèti briskeman: "kapasite pwodiksyon lazè InP ensifizan se pwen debaz toufe pou optik ko-pake (CPO)."
Sa vle di ke pa gen pwoblèm ki jan pwisan chips GB200/300 Nvidia yo, san sipò nan materyèl avanse, done tou senpleman pa ka koule nan gwo vitès.
Sa a se pa sèlman yon pwoblèm kapasite - li se yon defi pouse limit yo nan syans materyèl. Soti nan livrezon pouvwa SiC/GaN ak anbalaj substrate vè-(tankou Tan mete aksan sou), rive nan niobat ityòm ak SOI pou solisyon entèkonekte optik, ak dyaman ak substrats seramik pou dissipation chalè anba chaj pouvwa ekstrèm,materyèl yoyo te vin chan batay la envizib nan dezyèm mwatye nan AI. Nenpòt moun ki kraze an premye ap kenbe kle nan dominasyon informatique.
Diamond
Kòm pouvwa enfòmatik AI akselere nan yon vitès eklatman, dissipation chalè nan chips wo-fen yo ap vin pi grav. Rubin Ultra Nvidia a, pou egzanp, espere depase 2,300W pou chak chip, ak dansite chalè lokal ki depase 1,000 W / cm² - yon nivo chalè prèske inimajinabl. Tradisyonèl kòb kwiv mete ak aliminyòm epandeuz chalè yo frape limit fizik yo. Diamond, ak ultra-kondiktivite tèmik li yo, te parèt kòm yon kandida dirijan nan mitan nouvo materyèl semi-conducteurs.
Li te ye lajman pou dite ekstrèm li yo - sibstans ki pi difisil ki rive natirèlman, ak yon dite Mohs nan 10 - dyaman tou se youn nan pi bon kondiktè tèmik lanati a, ak yon konduktiviti tèmik ki rive jiska 2,200 W / (m·K), 5.5 fwa sa yo ki an kwiv ak 11 fwa sa yo ki nan aliminyòm. Li se tou yon izolan elektrik, ak koyefisyan li yo nan ekspansyon tèmik byen matche ak sa yo ki nan Silisyòm, SiC, ak GaN. Obsèvatè endistri yo te remake: lè pouvwa yon sèl -chip depase 1,400W, dyaman pa yon "opsyon" ankò - li vin tounen yon "nesesite."
Pwochen -Jenerasyon GPU Vera Rubin achitekti Nvidia yo te konplètman adopte yon solisyon "dyaman-kwiv konpoze materyèl + 45 degre dirèk-kontak likid refwadisman" e endistri a te menm make 2026 kòm "premye ane nan gwo -adopsyon chalè dyaman dissipation chalè."
Silisyòm Carbide (SiC)
Pisans etajè sant done AI a ap monte soti nan plizyè dizèn kilowat rive nan dè santèn de kilowat, ak etajè megawatt-echèl sou orizon an. Kòm nivo aktyèl ak vòltaj yo ap monte, konvèsyon pouvwa tradisyonèl ki baze sou Silisyòm soufri soti nan pèt stupéfiants. Anplis, AI mande materyèl ki gaye chalè byen vit, konsome mwens pouvwa, okipe espas minimòm, ak kenbe tèt ak tanperati ki wo.
SiC ofri vòltaj pann segondè, pèfòmans ki estab nan tanperati ki wo, ak pèt chanje byen lwen pi ba pase Silisyòm. Anprint kontra enfòmèl ant aparèy li yo ak ekselan fyab li fè li chwa ideyal pou achitekti 800V wo -vòltaj DC (HVDC) - reyalize efikasite pi wo a 97% nan redresman wo -dèns vòltaj ak koreksyon faktè pouvwa (PFC), epi redwi pèt transmisyon pa plis pase 30% nan sistèm 800V HVDC. Nouvo sant done ki konstwi pa Nvidia, Microsoft ak lòt gwo teknoloji yo te deja adopte achitekti pouvwa ki baze sou SiC- kòm estanda. Manifaktirè Chinwa domestik yo tankou TankeBlue Semiconductor yo ap akselere 8-pous substra ak pwodiksyon an mas epitaxial pou redwi depans wafer.
Nitrure Galyòm (GaN)
GaN ak SiC fòme yon divizyon klè "gwo-vòltaj kont ba-vòltaj": SiC rete nan chanm sèvè a, pandan y ap GaN deplase nan etajè yo.
GaN gen gwo mobilite elèktron ak dansite pouvwa eksepsyonèl, ekselan nan gwo -frekans, ba-vòltaj, segondè-konvèsyon pouvwa dansite. Nan modil pouvwa GPU, gwo -konvètè DC frekans-DC, ak pwovizyon kouran sèvè - kote espas ak vitès repons yo kritik - GaN ka retresi gwosè ekipman pou pouvwa pandan y ap ogmante dansite pouvwa. Pwosesis GaN 8-pous Samsung a te deja reyalize yon rediksyon pri 30% epi li ap akselere adaptasyon li pou deplwaman gwo echèl sant done.
Fosfid Endyòm (InP)
Fosfid Endyòm se iranplasabl - li se sèlman mas -materyèl substra pwodiksyon an pou lazè ak fotodetektè chips, parfe matche ak 1310nm ak 1550nm ba -fenèt yo nan kominikasyon fib-optik. Nan domèn CPO a, apwòch endikap endistri a entegre motè optik ak chips elektrik sou menm substra a, ak gwo -limyè vitès- aparèy ki emèt nan nwayo CPO konte 100% sou lazè InP.
Retounen nan avètisman egzekitif endistri sa a: dèyè mo sa yo manti yon seri gwo nimewo. An 2025, demann mondyal pou substrate InP yo estime a 2.0–2.1 milyon moso, alòske rezèv efikas se sèlman 600,000–700,000 moso – yon espas demann-demande ki depase 70%, ki espere pèsiste jiska 2030. Goldman Sachs te pibliye yon previzyon ki pi dirèk toujou: nan dezyèm mwatye 2028 kòm ekspansyon kapasite chèn ekipman an vin sou entènèt."
Mens-Fim Lityòm Niobate (TFLN)
Swiv gwo efè lineyè elektwo-optik (efè Pockels) ityòm niobat, mens-fim ityòm niobat pèmèt gwo-lajè, segondè-linearite (segondè -fidelite) modulasyon siyal optik nan vòltaj kondwi ki ba. Sa fè li byen-apwopriye pou aplikasyon pou transmisyon optik mwayen- rive long-distans, gwo-tankou rezo backbone ak rezo métro. Anplis de sa, gwo kontras endèks refraktif li yo ak ekselan konfizyon optik pèmèt pou pi wo entegrasyon, amelyore gwosè aparèy ak konsomasyon pouvwa.
Nan modulatè optik, mens -fim ityòm niobat ofri yon koyefisyan elektwo-optik twa fwa sa a nan InP ak plis pase san fwa sa a nan fotonik Silisyòm. Avèk jis 1.8V, li ka reyalize ultra-wo-modilasyon vitès pi lwen pase 100GHz, koupe konsomasyon pouvwa pa 30-50%, pandan y ap yon sèl kanal ka fasilman kouri nan 400G.
Kòm pouvwa enfòmatik AI eksploze, entèkoneksyon optik sant done yo ap kouri soti nan 400G a 800G, 1.6T, ak 3.2T. Limit pèfòmans materyèl tradisyonèl yo ap vin de pli zan pli aparan, epi mens -fim ityòm niobate yo pare pou l vin tounen yon materyèl enpòtan pou pwochen jenerasyon -modulasyon transmisyon optik gwo-vitès. Kounye a, sèlman kat konpayi atravè lemond te metrize kapasite pwodiksyon an mas-pous 8-woufer, ak yon diferans rezèv-demann ki depase 70%.
SOI (Silisyòm-sou-Izolan)
Si Silisyòm se "chè" nan yon chip, SOI se "skelèt la" nan fotonik Silisyòm. Estrikti sandwich "tèt Silisyòm-antere oksid-substra" sa a, lè w mete yon kouch izolasyon diyoksid Silisyòm anba kouch Silisyòm, konplètman elimine diafonia ant elektwon ak foton. Li diminye kapasite parazit pa plis pase 60%, sa ki pèmèt siyal elektrik yo kouri pi vit ak pi efikas. Sa ki pi enpòtan, gwo diferans refraktif endèks ant Silisyòm an tèt la ak kouch oksid la natirèlman fòme "mi yo" nan yon gid ond optik, ki pèmèt siyal optik yo pliye ak transmèt ak pèt minim sou chip la.
Nan epòk AI a, SOI se substra debaz iranplasabl pou fabrikasyon modil optik, motè CPO, ak chips pwopòsyon. Kapasite pwodiksyon mondyal konsantre anpil nan Soitec Lafrans, ki fè lokalizasyon domestik yon priyorite ijan.
Glass substrats
Kòm GPU, HBM, ak chiplet anpile anbalaj kondwi nan gwo faktè fòm, gwo dansite, ak gwo -vitès entèkoneksyon, substrats òganik tradisyonèl yo ak entèrpoze Silisyòm ap fè fas a limit nan gwosè, pri, ak pèfòmans.
Substra vè, atravè vè vias (TGV) pou entèrkonèksyon elektrik vètikal, jisteman ranpli espas sa a sou mache ant substrats òganik ak Silisyòm interposers. Yo ofri yon koyefisyan ekspansyon tèmik reglabl (matche ak chips Silisyòm), pèt dyelèktrik ki ba anpil, ak ultra-plateite sifas yo. Tès Intel yo montre yo ka diminye distòsyon modèl pa 50% epi ogmante dansite entèkonekte jiska 10 fwa.
Lidè mondyal semi-conducteurs yo rapidman akselere envèstisman yo - Intel, TSMC, Samsung Electro-Mechanics, SK Group, ak LG Group te antre nan tèren an, ki lanse yon kous komèsyal alantou substrats vè.
Seramik substrats
Nan anbalaj entegre ki gen gwo -dansite, gwo-aparèy pouvwa ki fonksyone ansanm jenere gwo kantite chalè konsantre, ak substra anbalaj la se eleman prensipal ki gaye chalè-. Kòm pouvwa chip AI travèse papòt la 2,000W, tradisyonèl FR-4 substrats òganik, ak pòv konduktiviti tèmik yo (sèlman 0.3 W / (m·K)) ak dezakò ekspansyon tèmik, fè fas a gwo deformation ak risk delaminasyon. Substra seramik, ak avantaj nannan yo nan segondè konduktiviti tèmik, segondè izolasyon elektrik, ak ekselan matche tèmik, yo te vin tounen yon nesesite pou senaryo gwo pouvwa.
Pami yo, nitrure aliminyòm (AlN), ak yon konduktiviti tèmik nan 170-220 W / (m·K), se chwa nan tèt pou dissipation chalè nan 800G / 1.6T gwo -modil optik vitès. Silisyòm nitrure (Si₃N₄), ak ekselan fòs flexural li yo ak rezistans chòk tèmik, sèvi kòm fondasyon anbalaj pou SiC/GaN segondè -modil pouvwa vòltaj.