Table des matières
1. Le goulot d'étranglement de la dissipation thermique dans les puces d'IA et la percée des matériaux en carbure de silicium
2. Caractéristiques et avantages techniques des substrats en carbure de silicium
3. Plans stratégiques et développement collaboratif de NVIDIA et TSMC
4. Voie de mise en œuvre et principaux défis techniques
5. Perspectives du marché et expansion des capacités
6. Impact sur la chaîne d'approvisionnement et la performance des entreprises concernées
7. Applications générales et taille globale du marché du carbure de silicium
8. Solutions personnalisées et assistance produit de XKH
Le problème de dissipation thermique des futures puces d'IA est surmonté grâce aux matériaux de substrat en carbure de silicium (SiC).
D'après des médias étrangers, NVIDIA prévoit de remplacer le substrat intermédiaire utilisé dans le procédé d'encapsulation avancé CoWoS de ses processeurs de nouvelle génération par du carbure de silicium. TSMC a invité les principaux fabricants à développer conjointement des technologies de production pour les substrats intermédiaires en SiC.
La principale raison est que l'amélioration des performances des puces d'IA actuelles se heurte à des limites physiques. L'augmentation de la puissance des GPU, combinée à l'intégration de plusieurs puces dans des interposeurs en silicium, engendre des besoins de dissipation thermique extrêmement élevés. La chaleur générée au sein des puces atteint un seuil critique, et les interposeurs en silicium traditionnels ne permettent pas de relever efficacement ce défi.
Les processeurs NVIDIA changent de matériaux de dissipation thermique ! La demande de substrats en carbure de silicium va exploser ! Le carbure de silicium est un semi-conducteur à large bande interdite, et ses propriétés physiques uniques lui confèrent des avantages considérables dans les environnements extrêmes à haute puissance et flux thermique élevé. Dans le packaging avancé des GPU, il offre deux avantages principaux :
1. Capacité de dissipation de chaleur : Le remplacement des interposeurs en silicium par des interposeurs en SiC peut réduire la résistance thermique de près de 70 %.
2. Architecture d'alimentation efficace : le SiC permet la création de modules régulateurs de tension plus efficaces et plus petits, raccourcissant considérablement les chemins de distribution d'énergie, réduisant les pertes de circuit et fournissant des réponses de courant dynamiques plus rapides et plus stables pour les charges de calcul d'IA.
Cette transformation vise à résoudre les problèmes de dissipation thermique causés par l'augmentation constante de la puissance des GPU, offrant ainsi une solution plus efficace pour les puces de calcul haute performance.
La conductivité thermique du carbure de silicium est 2 à 3 fois supérieure à celle du silicium, ce qui améliore considérablement l'efficacité de la gestion thermique et résout les problèmes de dissipation de chaleur des puces haute puissance. Ses excellentes performances thermiques permettent de réduire la température de jonction des puces GPU de 20 à 30 °C, améliorant ainsi significativement la stabilité dans les environnements de calcul intensif.
Voie de mise en œuvre et défis
Selon des sources proches de la chaîne d'approvisionnement, NVIDIA mettra en œuvre cette transformation matérielle en deux étapes :
• 2025-2026 : Le GPU Rubin de première génération utilisera toujours des interposeurs en silicium. TSMC a invité les principaux fabricants à développer conjointement la technologie de fabrication des interposeurs SiC.
• 2027 : Les interposeurs en SiC seront officiellement intégrés au processus d'encapsulation avancé.
Ce projet se heurte toutefois à de nombreux obstacles, notamment au niveau des procédés de fabrication. La dureté du carbure de silicium est comparable à celle du diamant, ce qui exige une technologie de découpe extrêmement performante. Si cette technologie s'avère inadéquate, la surface du SiC risque de devenir ondulée, la rendant inutilisable pour les conditionnements avancés. Des fabricants d'équipements comme le japonais DISCO travaillent au développement de nouveaux équipements de découpe laser pour relever ce défi.
Perspectives d'avenir
Actuellement, la technologie d'interposition SiC sera d'abord utilisée dans les puces d'IA les plus avancées. TSMC prévoit de lancer un CoWoS à réticule 7x en 2027 afin d'intégrer davantage de processeurs et de mémoire, portant la surface d'interposition à 14 400 mm², ce qui engendrera une demande accrue de substrats.
Morgan Stanley prévoit que la capacité mondiale mensuelle d'encapsulation CoWoS passera de 38 000 plaquettes de 12 pouces en 2024 à 83 000 en 2025 et à 112 000 en 2026. Cette croissance stimulera directement la demande d'interposeurs en SiC.
Bien que les substrats SiC de 12 pouces soient actuellement chers, leurs prix devraient progressivement baisser pour atteindre des niveaux raisonnables à mesure que la production de masse augmentera et que la technologie mûrira, créant ainsi les conditions nécessaires à des applications à grande échelle.
Les interposeurs en SiC résolvent non seulement les problèmes de dissipation thermique, mais améliorent aussi considérablement la densité d'intégration. La surface des substrats SiC de 12 pouces est près de 90 % supérieure à celle des substrats de 8 pouces, ce qui permet à un seul interposeur d'intégrer davantage de modules Chiplet et de répondre directement aux exigences d'encapsulation CoWoS à réticule 7x de NVIDIA.
TSMC collabore avec des entreprises japonaises comme DISCO pour développer une technologie de fabrication d'interposeurs en carbure de silicium (SiC). Une fois les nouveaux équipements installés, la production d'interposeurs en SiC sera plus fluide, et leur première utilisation dans les solutions d'encapsulation avancées est prévue dès 2027.
Portées par cette nouvelle, les valeurs liées au SiC ont enregistré de fortes hausses le 5 septembre, l'indice progressant de 5,76 %. Des sociétés comme Tianyue Advanced, Luxshare Precision et Tiantong Co. ont atteint leur limite de hausse journalière, tandis que Jingsheng Mechanical & Electrical et Yintang Intelligent Control ont bondi de plus de 10 %.
Selon le Daily Economic News, afin d'améliorer les performances, NVIDIA prévoit de remplacer le matériau de substrat intermédiaire du processus d'encapsulation avancé CoWoS par du carbure de silicium dans son plan de développement de processeur Rubin de nouvelle génération.
Les informations publiques montrent que le carbure de silicium possède d'excellentes propriétés physiques. Comparés aux dispositifs en silicium, les dispositifs en SiC offrent des avantages tels qu'une densité de puissance élevée, de faibles pertes de puissance et une stabilité exceptionnelle à haute température. Selon Tianfeng Securities, la chaîne de valeur de l'industrie du SiC comprend, en amont, la préparation des substrats et des plaquettes épitaxiales ; en aval, la conception, la fabrication, le conditionnement et les tests des dispositifs de puissance et RF en SiC.
En aval, les applications du carbure de silicium (SiC) sont nombreuses et couvrent plus de dix secteurs, dont les véhicules à énergies nouvelles, le photovoltaïque, la production industrielle, les transports, les stations de base de communication et les radars. Parmi celles-ci, l'automobile deviendra le principal domaine d'application du SiC. Selon Aijian Securities, d'ici 2028, le secteur automobile représentera 74 % du marché mondial des dispositifs de puissance en SiC.
En termes de taille globale, selon Yole Intelligence, le marché mondial des substrats SiC conducteurs et semi-isolants représentait respectivement 512 millions et 242 millions de dollars en 2022. Il est prévu qu'en 2026, ce marché atteigne 2,053 milliards de dollars, dont 1,62 milliard pour les substrats conducteurs et 433 millions pour les substrats semi-isolants. Les taux de croissance annuels composés (TCAC) pour ces deux segments entre 2022 et 2026 devraient être respectivement de 33,37 % et 15,66 %.
XKH est spécialisée dans le développement sur mesure et la vente internationale de produits en carbure de silicium (SiC), offrant une gamme complète de substrats conducteurs et semi-isolants de 2 à 12 pouces. Nous proposons une personnalisation poussée des paramètres tels que l'orientation cristalline, la résistivité (10⁻³–10¹⁰ Ω·cm) et l'épaisseur (350–2000 μm). Nos produits sont largement utilisés dans des secteurs de pointe comme les véhicules à énergies nouvelles, les onduleurs photovoltaïques et les moteurs industriels. Grâce à une chaîne d'approvisionnement performante et à une équipe d'assistance technique dédiée, nous garantissons une réactivité optimale et des livraisons précises, permettant ainsi à nos clients d'améliorer les performances de leurs dispositifs et d'optimiser leurs coûts.
Date de publication : 12 septembre 2025