غيّروا مواد تبديد الحرارة! الطلب على ركائز كربيد السيليكون مُرشّح للارتفاع بشكلٍ كبير!

جدول المحتويات

1. عنق الزجاجة في تبديد الحرارة في رقائق الذكاء الاصطناعي والاختراق الذي أحدثته مواد كربيد السيليكون

2. خصائص ومزايا تقنية لركائز كربيد السيليكون

3. الخطط الاستراتيجية والتطوير التعاوني بين NVIDIA وTSMC

4. مسار التنفيذ والتحديات التقنية الرئيسية

5. آفاق السوق وتوسيع الطاقة الإنتاجية

6. التأثير على سلسلة التوريد وأداء الشركات ذات الصلة

7. التطبيقات الواسعة وحجم السوق الإجمالي لكربيد السيليكون

8. حلول XKH المخصصة ودعم المنتجات

يتم التغلب على مشكلة اختناق تبديد الحرارة في رقائق الذكاء الاصطناعي المستقبلية من خلال مواد الركيزة المصنوعة من كربيد السيليكون (SiC).

بحسب تقارير إعلامية أجنبية، تعتزم شركة NVIDIA استبدال مادة الركيزة الوسيطة في عملية التغليف المتقدمة CoWoS لمعالجاتها من الجيل التالي بكربيد السيليكون. وقد دعت شركة TSMC كبرى الشركات المصنعة للمشاركة في تطوير تقنيات تصنيع ركائز كربيد السيليكون الوسيطة.

السبب الرئيسي هو أن تحسين أداء رقائق الذكاء الاصطناعي الحالية يواجه قيودًا فيزيائية. فمع ازدياد قوة وحدة معالجة الرسومات، يؤدي دمج عدة رقائق في موصلات سيليكونية إلى متطلبات عالية للغاية لتبديد الحرارة. وتقترب الحرارة المتولدة داخل الرقائق من حدها الأقصى، ولا تستطيع الموصلات السيليكونية التقليدية معالجة هذا التحدي بفعالية.

معالجات NVIDIA تُغيّر مواد تبديد الحرارة! الطلب على ركائز كربيد السيليكون مُرشّح للزيادة الهائلة! كربيد السيليكون شبه موصل ذو فجوة نطاق واسعة، وخصائصه الفيزيائية الفريدة تمنحه مزايا كبيرة في البيئات القاسية ذات الطاقة العالية وتدفق الحرارة العالي. في التغليف المتقدم لوحدات معالجة الرسومات، يُقدّم ميزتين أساسيتين:

1. قدرة تبديد الحرارة: يمكن أن يؤدي استبدال الوصلات البينية المصنوعة من السيليكون بالوصلات البينية المصنوعة من كربيد السيليكون إلى تقليل المقاومة الحرارية بنسبة 70% تقريبًا.

2. بنية الطاقة الفعالة: يتيح SiC إنشاء وحدات تنظيم الجهد الأكثر كفاءة والأصغر حجمًا، مما يؤدي إلى تقصير مسارات توصيل الطاقة بشكل كبير، وتقليل خسائر الدائرة، وتوفير استجابات تيار ديناميكية أسرع وأكثر استقرارًا لأحمال الحوسبة الخاصة بالذكاء الاصطناعي.

يهدف هذا التحول إلى معالجة تحديات تبديد الحرارة الناتجة عن زيادة طاقة وحدة معالجة الرسومات بشكل مستمر، مما يوفر حلاً أكثر كفاءة لرقائق الحوسبة عالية الأداء.

تتميز مادة كربيد السيليكون بموصلية حرارية أعلى بمرتين إلى ثلاث مرات من السيليكون، مما يُحسّن كفاءة إدارة الحرارة بشكل فعّال ويحلّ مشاكل تبديد الحرارة في الرقائق عالية الطاقة. يُمكن لأدائها الحراري الممتاز أن يُخفّض درجة حرارة وصلات رقائق وحدة معالجة الرسومات بمقدار 20-30 درجة مئوية، مما يُعزّز الاستقرار بشكل ملحوظ في بيئات الحوسبة عالية الأداء.

مسار التنفيذ والتحديات

بحسب مصادر سلسلة التوريد، ستنفذ شركة NVIDIA هذا التحول المادي على مرحلتين:

• 2025-2026: سيظل الجيل الأول من معالجات الرسوميات روبين يستخدم الوصلات البينية المصنوعة من السيليكون. وقد دعت شركة TSMC كبرى الشركات المصنعة للمشاركة في تطوير تقنية تصنيع الوصلات البينية المصنوعة من كربيد السيليكون.

• 2027: سيتم دمج الموصلات البينية المصنوعة من كربيد السيليكون رسميًا في عملية التغليف المتقدمة.

مع ذلك، يواجه هذا المخطط تحديات عديدة، لا سيما في عمليات التصنيع. فصلابة كربيد السيليكون تُضاهي صلابة الماس، مما يتطلب تقنية قطع متطورة للغاية. وإذا كانت تقنية القطع غير كافية، فقد يصبح سطح كربيد السيليكون متموجًا، ما يجعله غير صالح للاستخدام في التغليف المتقدم. ويعمل مصنّعو المعدات، مثل شركة ديسكو اليابانية، على تطوير معدات قطع ليزرية جديدة لمواجهة هذا التحدي.

الآفاق المستقبلية

ستُستخدم تقنية الوصلات البينية المصنوعة من كربيد السيليكون (SiC) حاليًا في رقائق الذكاء الاصطناعي الأكثر تطورًا. وتخطط شركة TSMC لإطلاق تقنية CoWoS ذات الشبكة 7x في عام 2027 لدمج المزيد من المعالجات والذاكرة، مما سيزيد مساحة الوصلات البينية إلى 14400 مم²، الأمر الذي سيحفز الطلب على الركائز.

تتوقع مورغان ستانلي أن ترتفع الطاقة الإنتاجية العالمية الشهرية لتغليف رقائق السيليكون من 38000 رقاقة مقاس 12 بوصة في عام 2024 إلى 83000 رقاقة في عام 2025 و112000 رقاقة في عام 2026. وسيؤدي هذا النمو بشكل مباشر إلى زيادة الطلب على الوصلات البينية المصنوعة من كربيد السيليكون.

على الرغم من أن ركائز كربيد السيليكون مقاس 12 بوصة باهظة الثمن حاليًا، فمن المتوقع أن تنخفض الأسعار تدريجيًا إلى مستويات معقولة مع زيادة الإنتاج الضخم ونضوج التكنولوجيا، مما يخلق الظروف لتطبيقات واسعة النطاق.

لا تقتصر فوائد الوصلات البينية المصنوعة من كربيد السيليكون على حل مشكلات تبديد الحرارة فحسب، بل تُحسّن أيضًا كثافة التكامل بشكل ملحوظ. فمساحة ركائز كربيد السيليكون مقاس 12 بوصة أكبر بنسبة 90% تقريبًا من مساحة ركائز مقاس 8 بوصات، مما يسمح لوصلة بينية واحدة بدمج عدد أكبر من وحدات Chiplet، وهو ما يدعم بشكل مباشر متطلبات تغليف CoWoS من NVIDIA ذات 7x reticle.

تتعاون شركة TSMC مع شركات يابانية مثل DISCO لتطوير تقنية تصنيع الوصلات البينية المصنوعة من كربيد السيليكون. وبمجرد تجهيز المعدات الجديدة، ستسير عملية تصنيع هذه الوصلات بسلاسة أكبر، ومن المتوقع أن تدخل هذه التقنية حيز الاستخدام في التغليف المتقدم في عام 2027.

مدفوعةً بهذا الخبر، حققت أسهم الشركات المرتبطة بصناعة كربيد السيليكون أداءً قوياً في الخامس من سبتمبر، حيث ارتفع المؤشر بنسبة 5.76%. وسجلت شركات مثل تيانيوي أدفانسد، ولوكسشير بريسيجن، وتيانتونغ الحد الأقصى للارتفاع اليومي، بينما ارتفعت أسهم جينغشنغ ميكانيكال آند إلكتريكال، وينتانغ إنتليجنت كونترول بأكثر من 10%.

بحسب صحيفة "ديلي إيكونوميك نيوز"، تخطط شركة NVIDIA لتحسين الأداء عن طريق استبدال مادة الركيزة الوسيطة في عملية التغليف المتقدمة CoWoS بكربيد السيليكون في مخطط تطوير معالج Rubin من الجيل التالي.

تشير المعلومات المتاحة للجمهور إلى أن كربيد السيليكون يتمتع بخصائص فيزيائية ممتازة. فمقارنةً بأجهزة السيليكون، توفر أجهزة كربيد السيليكون مزايا عديدة، منها كثافة الطاقة العالية، وفقد الطاقة المنخفض، والاستقرار الاستثنائي في درجات الحرارة المرتفعة. ووفقًا لشركة تيانفنغ للأوراق المالية، تشمل سلسلة صناعة كربيد السيليكون في مراحلها الأولية تحضير ركائز كربيد السيليكون ورقائق الإبيتاكسيال، بينما تشمل مراحلها المتوسطة تصميم وتصنيع وتغليف/اختبار أجهزة الطاقة وأجهزة الترددات الراديوية المصنوعة من كربيد السيليكون.

تتعدد تطبيقات كربيد السيليكون (SiC) في مختلف القطاعات، لتشمل أكثر من عشر صناعات، منها مركبات الطاقة الجديدة، والخلايا الكهروضوئية، والتصنيع الصناعي، والنقل، ومحطات الاتصالات، والرادار. ومن بين هذه الصناعات، ستصبح صناعة السيارات المجال الرئيسي لتطبيقات كربيد السيليكون. ووفقًا لشركة أيجيان للأوراق المالية، سيستحوذ قطاع السيارات بحلول عام 2028 على 74% من سوق أجهزة كربيد السيليكون العالمية المستخدمة في الطاقة.

بحسب شركة Yole Intelligence، بلغ حجم سوق ركائز كربيد السيليكون الموصلة وشبه العازلة عالميًا 512 مليون و242 مليون وحدة على التوالي في عام 2022. ومن المتوقع أن يصل حجم سوق كربيد السيليكون العالمي إلى 2.053 مليار وحدة بحلول عام 2026، حيث سيبلغ حجم سوق ركائز كربيد السيليكون الموصلة 1.62 مليار و433 مليون وحدة على التوالي. ومن المتوقع أن تبلغ معدلات النمو السنوية المركبة لركائز كربيد السيليكون الموصلة وشبه العازلة 33.37% و15.66% على التوالي خلال الفترة من 2022 إلى 2026.

تتخصص شركة XKH في تطوير منتجات كربيد السيليكون (SiC) حسب الطلب وبيعها عالميًا، حيث توفر مجموعة كاملة من الأحجام تتراوح من 2 إلى 12 بوصة لكل من ركائز كربيد السيليكون الموصلة وشبه العازلة. ندعم التخصيص الشخصي لمعايير مثل اتجاه البلورة، والمقاومة (10⁻³–10¹⁰ أوم·سم)، والسماكة (350–2000 ميكرومتر). تُستخدم منتجاتنا على نطاق واسع في مجالات متطورة تشمل مركبات الطاقة الجديدة، ومحولات الطاقة الشمسية، والمحركات الصناعية. بفضل نظام سلسلة التوريد المتين وفريق الدعم الفني، نضمن استجابة سريعة وتسليمًا دقيقًا، مما يساعد العملاء على تحسين أداء الأجهزة وخفض تكاليف الأنظمة.