Il-gerżuma tal-qawwa tal-kompjuters tal-AI qed tiġi fgata minnmaterjali.
Intel CEO Lip-Bu Tan semma djamant, karbur tas-silikon (SiC), fosfid tal-indju (InP), nitrur tal-gallju (GaN), u sottostrati tal-ħġieġ bħala ħames materjali ewlenin kritiċi biex jitkisser il-konġestjoni. Sadanittant, insiders ta 'l-industrija wissew bla tlaqliq: "Kapaċità insuffiċjenti ta' produzzjoni tal-lejżer InP hija l-punt ewlieni taċ-ċowk għal ko-ottika ppakkjata (CPO)."
Dan ifisser li ma jimpurtax kemm huma qawwija ċ-ċipep GB200/300 ta 'Nvidia, mingħajr l-appoġġ ta' materjali avvanzati, id-dejta sempliċement ma tistax tiċċirkola b'veloċità għolja.
Din mhix biss kwistjoni ta 'kapaċità - hija sfida li timbotta l-limiti tax-xjenza tal-materjali. Mill-kunsinna tal-enerġija SiC/GaN u l-ippakkjar tas-sottostrat tal-ħġieġ-(kif enfasizzat minn Tan), għal niobat tal-litju u SOI għal soluzzjonijiet ta' interkonnessjoni ottika, u sottostrati tad-djamanti u taċ-ċeramika għad-dissipazzjoni tas-sħana taħt tagħbijiet ta' enerġija estrema,materjalisaru l-kamp tal-battalja inviżibbli fit-tieni nofs tal-AI. Min ikisser l-ewwel se jżomm iċ-ċavetta għad-dominanza tal-kompjuters.
Djamant
Hekk kif il-qawwa tal-kompjuters tal-AI taċċellera b'veloċità kbira, id-dissipazzjoni tas-sħana f'ċipep high-high-end qed issir dejjem aktar severa. Nvidia's Rubin Ultra, pereżempju, huwa mistenni li jaqbeż it-2,300W għal kull ċippa, b'densitajiet tal-fluss tas-sħana lokali li jaqbżu l-1,000 W/cm² - livell ta' sħana kważi inkonċepibbli. L-ispreaders tas-sħana tradizzjonali tar-ram u l-aluminju qed jolqtu l-limiti fiżiċi tagħhom. Diamond, bil-konduttività termali ultra-għolja tagħha, ħareġ bħala kandidat ewlieni fost materjali semikondutturi ġodda.
Magħruf ħafna għall-ebusija estrema tiegħu – l-iktar sustanza iebsa li sseħħ b’mod naturali, b’ebusija Mohs ta’ 10 – djamant huwa wkoll wieħed mill-aqwa kondutturi termali tan-natura, b’konduttività termali sa 2,200 W/(m·K), 5.5 darbiet dik tar-ram u 11-il darba dik tal-aluminju. Huwa wkoll iżolatur elettriku, u l-koeffiċjent ta 'espansjoni termali tiegħu jaqbel mill-qrib ma' dak tas-silikon, SiC u GaN. Osservaturi ta' l-industrija nnutaw: meta l-qawwa ta'-ċippa waħda taqbeż l-1,400W, id-djamant ma jibqax "għażla" - isir "neċessità."
Il-GPUs tal-arkitettura Vera Rubin tal--ġenerazzjoni li jmiss ta' Nvidia adottaw bis-sħiħ soluzzjoni ta' "materjal kompost djamant-ram + 45 grad dirett-tkessiħ likwidu ta' kuntatt", u l-industrija saħansitra mmarkat l-2026 bħala "l-ewwel sena ta' adozzjoni ta' -skala kbira tad-dissipazzjoni tas-sħana tad-djamanti."
Karbur tas-Silikon (SiC)
Il-qawwa tar-rack taċ-ċentru tad-dejta tal-AI qed tiżdied minn għexieren ta' kilowatts għal mijiet ta' kilowatts, b'xkafef ta' skala-megawatt fuq l-orizzont. Hekk kif il-livelli tal-kurrent u tal-vultaġġ jogħlew, il-konverżjoni tal-enerġija tradizzjonali bbażata fuq is-silikon-tbati minn telf xokkanti. Barra minn hekk, l-AI titlob materjali li jxerrdu s-sħana malajr, jikkonsmaw inqas enerġija, jokkupaw spazju minimu, u jifilħu temperaturi għoljin.
SiC joffri vultaġġ għoli ta 'tqassim, prestazzjoni stabbli f'temperaturi għoljin, u telf ta' swiċċjar ferm aktar baxx mis-silikon. Il-footprint tal-apparat kompatt tiegħu u l-affidabbiltà eċċellenti jagħmluha l-għażla ideali għal arkitetturi ta' 800V -vultaġġ għoli DC (HVDC) - kisba ta' effiċjenzi 'l fuq minn 97% fi stadji ta' rettifika ta' input ta 'vultaġġ għoli u korrezzjoni tal-fattur tal-qawwa (PFC), u tnaqqas it-telf ta' trażmissjoni b'aktar minn 30% f'sistemi 800V HVDC. Ċentri tad-dejta ġodda mibnija minn Nvidia, Microsoft, u ġganti teknoloġiċi oħra diġà adottaw arkitetturi tal-enerġija bbażati fuq SiC-bħala standard. Manifatturi Ċiniżi domestiċi bħal TankeBlue Semiconductor qed jaċċelleraw sottostrat ta '8 pulzieri u produzzjoni tal-massa epitassjali biex inaqqsu l-ispejjeż tal-wejfer.
Nitrur tal-Gallju (GaN)
GaN u SiC jiffurmaw diviżjoni ċara ta' "-vultaġġ għoli vs.-vultaġġ baxx": SiC jibqa' fil-kamra tas-server, filwaqt li GaN jimxi fl-ixkafef.
GaN għandu mobilità għolja ta' l-elettroni u densità ta' enerġija eċċezzjonali, li teċċella f'konverżjoni ta' enerġija ta'-frekwenza għolja, vultaġġ-baxx,-densità għolja ta' enerġija. F'moduli tal-enerġija tal-GPU, konvertituri DC-frekwenza għolja-DC, u provvisti tal-enerġija tas-server - fejn l-ispazju u l-veloċità tar-rispons huma kritiċi - GaN jista 'jiċkien id-daqs tal-provvista tal-enerġija filwaqt li jsaħħaħ id-densità tal-enerġija. Il-proċess GaN ta' 8-pulzieri ta' Samsung diġà kiseb tnaqqis fl-ispiża ta' 30% u qed jaċċellera l-adattament tiegħu għall-iskjerament ta' ċentru tad-dejta fuq skala kbira.
Fosfid tal-Indju (InP)
Il-fosfid ta 'l-indju huwa insostitwibbli - huwa l-uniku materjal ta' sottostrat tal-produzzjoni tal-massa-għal ċipep tal-lejżer u fotodetector, li jaqbel perfettament mat-twieqi ta' 1310nm u 1550nm b'telf baxx-tal-komunikazzjoni tal-fibra-ottika. Fid-dominju tas-CPO, l-approċċ mainstream tal-industrija jintegra magni ottiċi u ċipep elettriċi fuq l-istess sottostrat, u l-apparati li jarmu dawl b'veloċità għolja-- fil-qalba tas-CPO jiddependu 100% fuq lejżers InP.
Nirritornaw għat-twissija tal-eżekuttiv tal-industrija: wara dak il-kliem hemm sett qawwi ta 'numri. Fl-2025, id-domanda globali tas-sottostrat tal-InP hija stmata għal 2.0–2.1 miljun biċċa, filwaqt li l-provvista effettiva hija biss 600,000–700,000 biċċa – distakk fil-provvista-tad-domanda li jaqbeż is-70%, mistenni jippersisti sal-2030. Goldman Sachs ħarġet tbassir saħansitra aktar dirett: fit-tieni nofs tal-2028 hekk kif l-espansjonijiet tal-kapaċità tal-katina tal-provvista jiġu online."
Thin-Film Lithium Niobate (TFLN)
L-ingranaġġ tal-effett elettro-ottiku lineari qawwi (effett Pockels) tan-nijobat tal-litju, niobat tal-litju tal-film irqiq-jippermetti l-modulazzjoni tas-sinjali ottiċi ta '-bandwidth, ta' linearità għolja -(fedeltà għolja-) f'vultaġġ baxx tas-sewqan. Dan jagħmilha tajjeb-adattat għal applikazzjonijiet ta' trażmissjoni ottika ta'-distanza medja- sa twila-high-bandwidth bħal netwerks tas-sinsla u netwerks tal-metro. Barra minn hekk, il-kuntrast għoli tal-indiċi ta 'rifrazzjoni tiegħu u l-konfinament ottiku eċċellenti jippermettu integrazzjoni ogħla, ittejjeb id-daqs tal-apparat u l-konsum tal-enerġija.
F'modulaturi ottiċi, nijobat tal-litju tal-film irqiq-offri koeffiċjent elettro-ottiku tliet darbiet dak tal-InP u aktar minn mitt darba dak tal-fotonika tas-silikon. B'1.8V biss, jista 'jikseb modulazzjoni ta' veloċità ultra-għolja-lil hinn minn 100GHz, li tnaqqas il-konsum tal-enerġija bi 30-50%, filwaqt li kanal wieħed jista 'faċilment jaħdem f'400G.
Hekk kif il-qawwa tal-kompjuters tal-AI tisplodi, l-interkonnessjonijiet ottiċi taċ-ċentru tad-dejta qed jiġru minn 400G għal 800G, 1.6T u 3.2T. Il-limitazzjonijiet tal-prestazzjoni tal-materjali tradizzjonali qed isiru dejjem aktar evidenti, u nijobat tal-litju tal-film irqiq-lest li jsir materjal kritiku għall-modulazzjoni ta' trasmissjoni ottika ta'-veloċità għolja tal--ġenerazzjoni li jmiss. Bħalissa, erba' kumpaniji biss mad-dinja kollha ħakmu l-kapaċitajiet ta' produzzjoni-massa għal wejfers ta' 8-pulzieri high-, b'distakk bejn il-provvista u d-domanda li jaqbeż is-70%.
SOI (Silikon-fuq-iżolatur)
Jekk is-silikon huwa l-"laħam" ta 'ċippa, SOI huwa l-"iskeletru" tal-fotonika tas-silikon. Din l-istruttura sandwich "top silikon midfun-ossidu-sottostrat", billi ddaħħal saff ta 'insulazzjoni tad-dijossidu tas-silikon taħt is-saff tas-silikon, telimina kompletament il-crosstalk bejn l-elettroni u l-fotoni. Tnaqqas il-kapaċità parassitika b'aktar minn 60%, li tippermetti li s-sinjali elettriċi jaħdmu aktar malajr u b'mod aktar effiċjenti. Aktar importanti minn hekk, id-differenza kbira ta 'l-indiċi ta' rifrazzjoni bejn is-silikon ta 'fuq u s-saff ta' l-ossidu tifforma b'mod naturali l- "ħitan" ta 'gwida tal-mewġ ottiku, li tippermetti lis-sinjali ottiċi jitgħawweġ u jittrasmettu b'telf minimu fuq iċ-ċippa.
Fl-era AI, SOI hija s-sottostrat ċentrali insostitwibbli għall-manifattura ta 'moduli ottiċi, magni CPO, u ċipep quantum. Il-kapaċità tal-produzzjoni globali hija kkonċentrata ħafna fis-Soitec ta 'Franza, u tagħmel il-lokalizzazzjoni domestika prijorità urġenti.
Sottostrati tal-ħġieġ
Hekk kif il-GPUs, l-HBM, u l-istivar taċ-chiplet imexxu l-ippakkjar lejn fatturi kbar tal-forma, densità għolja, u interkonnessjonijiet ta'-veloċità għolja, sottostrati organiċi tradizzjonali u interposers tas-silikon qed jiffaċċjaw dejjem aktar limitazzjonijiet fid-daqs, l-ispiża u l-prestazzjoni.
Substrati tal-ħġieġ, permezz ta 'vias tal-ħġieġ (TGV) għal interkonnessjoni elettrika vertikali, jimlew b'mod preċiż il-vojt tas-suq bejn sottostrati organiċi u interposers tas-silikon. Huma joffru koeffiċjent tunable ta 'espansjoni termali (imqabbla ma' ċipep tas-silikon), telf dielettriku estremament baxx, u flatness tal-wiċċ ultra-għoli. It-testijiet Intel wrew li jistgħu jnaqqsu d-distorsjoni tal-mudell b'50% u jżidu d-densità tal-interkonnessjoni sa 10 darbiet.
Il-mexxejja globali tas-semikondutturi qed jaċċelleraw malajr l-investimenti tagħhom - Intel, TSMC, Samsung Electro-Mechanics, SK Group, u LG Group kollha daħlu fl-arena, u bdew tellieqa kummerċjali madwar sottostrati tal-ħġieġ.
Sottostrati taċ-ċeramika
F'ippakkjar integrat ta'-densità għolja, apparati ta'-qawwa għolja li joperaw fl-istess ħin jiġġeneraw ammonti massivi ta' sħana kkonċentrata, u s-sottostrat tal-imballaġġ huwa l-komponent primarju-li jxerred is-sħana. Hekk kif l-enerġija taċ-ċippa AI taqsam il-limitu ta '2,000W, sottostrati organiċi FR-4 tradizzjonali, bil-konduttività termali fqira tagħhom (0.3 W/(m·K) biss) u nuqqas ta' qbil ta 'espansjoni termali, jiffaċċjaw riskji severi ta' warpage u delamination. Substrati taċ-ċeramika, bil-vantaġġi inerenti tagħhom ta 'konduttività termali għolja, insulazzjoni elettrika għolja, u tqabbil termali eċċellenti, saru ħtieġa għal xenarji ta' qawwa għolja.
Fost dawn, nitrur tal-aluminju (AlN), b'konduttività termali ta '170-220 W/(m·K), huwa l-aqwa għażla għad-dissipazzjoni tas-sħana f'moduli ottiċi ta' veloċità għolja 800G/1.6T. Nitrur tas-silikon (Si₃N₄), bis-saħħa eċċellenti tal-flessjoni tiegħu u r-reżistenza għal xokk termali, iservi bħala l-pedament tal-ippakkjar għal moduli tal-qawwa ta 'vultaġġ għoli SiC/GaN -.