Guši se grlo AI računarske moćimaterijala.
Izvršni direktor Intela Lip-Bu Tan je nazvao dijamant, silicijum karbid (SiC), indijum fosfid (InP), galijum nitrid (GaN) i staklene podloge kao pet ključnih materijala kritičnih za razbijanje uskog grla. U međuvremenu, insajderi iz industrije su otvoreno upozorili: "Nedovoljan proizvodni kapacitet InP lasera je ključna tačka prigušivanja za ko-pakovanu optiku (CPO)."
To znači da bez obzira koliko su Nvidijini GB200/300 čipovi moćni, bez podrške naprednih materijala, podaci jednostavno ne mogu teći velikom brzinom.
Ovo nije samo pitanje kapaciteta – to je izazov koji pomiče granice nauke o materijalima. Od SiC/GaN isporuke energije i pakovanja staklenih-podloga (kao što je istakao Tan), do litijum niobata i SOI za optička interkonekciona rješenja, te dijamantske i keramičke podloge za odvođenje topline pod ekstremnim opterećenjima snage,materijalapostali nevidljivo bojno polje u drugoj polovini AI. Ko se prvi probije, imat će ključ dominacije računarstva.
Dijamant
Kako se AI računarska snaga ubrzava vrtoglavom brzinom, rasipanje topline u vrhunskim{0}}čipovima postaje sve teže. Nvidijin Rubin Ultra, na primjer, očekuje se da će premašiti 2.300 W po čipu, sa lokalnim gustinama toplotnog fluksa koji premašuju 1.000 W/cm² – gotovo nezamisliv nivo topline. Tradicionalni bakarni i aluminijski raspršivači topline dostižu svoje fizičke granice. Dijamant, sa svojom ultra-visokom toplotnom provodljivošću, se pojavio kao vodeći kandidat među novim poluprovodničkim materijalima.
Nadaleko poznat po svojoj ekstremnoj tvrdoći – najtvrđa prirodna supstanca, sa tvrdoćom po Mohsu od 10 – dijamant je takođe jedan od najboljih toplinskih provodnika u prirodi, sa toplotnom provodljivošću do 2.200 W/(m·K), 5,5 puta većom od bakra i 11 puta većom od aluminijuma. Također je električni izolator, a njegov koeficijent toplinske ekspanzije blisko odgovara koeficijentu silicijuma, SiC i GaN. Industrijski posmatrači su primijetili: kada snaga jednog-čipa prijeđe 1.400 W, dijamant više nije "opcija" - postaje "potreba".
Nvidijina sljedeća-generacija GPU-ova Vera Rubin arhitekture u potpunosti je usvojila rješenje "dijamant-bakar kompozitni materijal + 45 stepen direktnog-tečnog hlađenja u kontaktu", a industrija je čak 2026. označila kao "prvu godinu širokog-usvajanja dijamantske disipacije topline."
silicijum karbid (SiC)
Snaga AI centara podataka raste sa desetina kilovata na stotine kilovata, s megavatnim-rekovima na horizontu. Kako nivoi struje i napona rastu, tradicionalna konverzija energije zasnovana na silikonu{2}} pati od zapanjujućih gubitaka. Štaviše, AI zahtijeva materijale koji brzo rasipaju toplinu, troše manje energije, zauzimaju minimalan prostor i izdržavaju visoke temperature.
SiC nudi visok napon proboja, stabilne performanse na visokim temperaturama i gubitke pri prebacivanju daleko niže od silicijuma. Njegov kompaktni otisak uređaja i odlična pouzdanost čine ga idealnim izborom za 800V visoko-naponske DC (HVDC) arhitekture – postižući efikasnost iznad 97% u fazama ispravljanja visokog-napona ulaza i korekcije faktora snage (PFC), te smanjujući gubitke u prijenosu za preko 30% u HV 8 sistemima. Novi centri podataka koje su izgradili Nvidia, Microsoft i drugi tehnološki giganti već su usvojili SiC{8}}baziranu arhitekturu napajanja kao standard. Domaći kineski proizvođači kao što je TankeBlue Semiconductor ubrzavaju masovnu proizvodnju 8-inčnih supstrata i epitaksijalne proizvodnje kako bi smanjili troškove pločice.
galijum nitrid (GaN)
GaN i SiC formiraju jasnu podjelu "visokog-napona naspram niskog-napona: SiC ostaje u serverskoj sobi, dok se GaN kreće u rekove.
GaN karakteriše visoka pokretljivost elektrona i izuzetna gustina snage, izvrsna u konverziji energije visoke-niske-napone i visoke gustine. U GPU modulima za napajanje, visoko-DC-DC pretvaračima i napajanjima servera – gdje su prostor i brzina odziva kritični – GaN može smanjiti veličinu napajanja uz povećanje gustine energije. Samsungov 8--inčni GaN proces je već postigao smanjenje troškova od 30% i ubrzava svoju adaptaciju za implementaciju velikih podatkovnih centara.
indijum fosfid (InP)
Indijum fosfid je nezamjenjiv – to je jedini materijal za masovnu{0}}proizvodnju za laserske i fotodetektorske čipove, koji savršeno odgovara 1310 nm i 1550 nm niskim-prozorima s gubicima optičke komunikacije. U domenu CPO, glavni pristup industrije integriše optičke motore i električne čipove na istoj podlozi, a uređaji velike brzine-brzine svjetlosti- u jezgri CPO oslanjaju se 100% na InP lasere.
Vraćajući se na upozorenje tog izvršnog direktora: iza tih riječi krije se oštar niz brojeva. U 2025. godini globalna potražnja za InP supstratom procjenjuje se na 2,0–2,1 miliona komada, dok je efektivna ponuda samo 600.000–700.000 komada – jaz u potražnji-preko 70%, očekuje se da će trajati do 2030. Goldman Sachs je izdao još direktniju prognozu za izvore20, a možda će i dalje ostati direktna prognoza20. ravnotežu u drugoj polovini 2028. godine, jer proširenje kapaciteta lanca nabavke dolazi na mrežu."
Tan-Lithium Niobate (TFLN)
Iskorištavanje snažnog linearnog elektro-optičkog efekta (Pockelsov efekat) litijum niobata, tankog-filmskog litijum niobata omogućava modulaciju optičkog signala visokog{2}}propusnog opsega, visoke-linearnosti (visoke{4}}vernosti) pri niskim pogonskim naponima. To ga čini dobro-pogodnim za srednje- do velike-udaljene, velike-optičke aplikacije za prijenos, kao što su okosne mreže i metro mreže. Osim toga, njegov kontrast s visokim indeksom prelamanja i odlično optičko ograničenje omogućavaju veću integraciju, poboljšavajući veličinu uređaja i potrošnju energije.
U optičkim modulatorima, tank-film litijum niobata nudi elektro-opticki koeficijent tri puta veći od InP i preko stotinu puta veći od silicijum fotonike. Sa samo 1.8V, može postići ultra-veliku-modulaciju iznad 100GHz, smanjujući potrošnju energije za 30-50%, dok jedan kanal može lako raditi na 400G.
Kako računarska moć AI eksplodira, optičke interkonekcije centara podataka se utrkuju sa 400G na 800G, 1,6T i 3,2T. Ograničenja performansi tradicionalnih materijala postaju sve očiglednija, a tanki-film litijum niobata je spreman da postane kritičan materijal za sledeću-generaciju velike-modulacije optičkog prenosa. Trenutno, samo četiri kompanije širom svijeta ovladale su mogućnostima masovne{9}}proizvodnje za 8-inčne-vafere visoke klase, sa jazom između ponude i potražnje koji prelazi 70%.
SOI (silicijum-na-izolatoru)
Ako je silicijum "meso" čipa, SOI je "kostur" silicijumske fotonike. Ova sendvič struktura "gornji silicijum-zakopani oksid-supstrat" umetanjem izolacionog sloja od silicijum dioksida ispod sloja silicijuma, potpuno eliminiše preslušavanje između elektrona i fotona. Smanjuje parazitsku kapacitivnost za preko 60%, omogućavajući električnim signalima da rade brže i efikasnije. Što je još važnije, velika razlika u indeksu prelamanja između gornjeg silicijuma i oksidnog sloja prirodno formira "zidove" optičkog talasovoda, omogućavajući optičkim signalima da se savijaju i prenose uz minimalne gubitke na čipu.
U eri AI, SOI je nezamjenjiv supstrat jezgre za proizvodnju optičkih modula, CPO motora i kvantnih čipova. Globalni proizvodni kapaciteti su u velikoj mjeri koncentrisani u francuskom Soitecu, što domaću lokalizaciju čini hitnim prioritetom.
Staklene podloge
Kako GPU-ovi, HBM i chiplet slaganje pokreću pakovanje prema velikim faktorima oblika, visokoj gustini i{0}}međusobnim vezama velike brzine, tradicionalni organski supstrati i silikonski interposeri se sve više suočavaju s ograničenjima u veličini, cijeni i performansama.
Staklene podloge, kroz staklene otvore (TGV) za vertikalno električno povezivanje, precizno popunjavaju tržišni jaz između organskih supstrata i silikonskih interposera. Nude podesivi koeficijent termičke ekspanzije (usklađen sa silicijumskim čipovima), izuzetno niske dielektrične gubitke i ultra-visoku ravnost površine. Intelovi testovi su pokazali da mogu smanjiti izobličenje šablona za 50% i povećati gustinu interkonekcije do 10 puta.
Globalni lideri u oblasti poluprovodnika ubrzano ubrzavaju svoje investicije – Intel, TSMC, Samsung Electro-Mechanics, SK Group i LG Group su ušli u arenu, započevši komercijalnu trku oko staklenih podloga.
Keramičke podloge
U integrisanom pakovanju velike{0}}gustine, uređaji velike-koje koji rade istovremeno generišu ogromne količine koncentrisane toplote, a supstrat za pakovanje je primarna komponenta{2}}koja raspršuje toplotu. Kako snaga AI čipa prelazi prag od 2.000 W, tradicionalni FR-4 organski supstrati, sa svojom slabom toplotnom provodljivošću (samo 0,3 W/(m·K)) i neusklađenošću termičke ekspanzije, suočavaju se sa ozbiljnim rizikom od savijanja i delaminacije. Keramičke podloge, sa svojim inherentnim prednostima visoke toplotne provodljivosti, visoke električne izolacije i odličnog termičkog usklađivanja, postale su neophodna za scenarije velike snage.
Među njima, aluminijum nitrid (AlN), sa toplotnom provodljivošću od 170–220 W/(m·K), je najbolji izbor za disipaciju toplote u 800G/1.6T optičkim modulima velike brzine{4}}. Silicijum nitrid (Si₃N₄), sa svojom odličnom čvrstoćom na savijanje i otpornošću na toplotni udar, služi kao osnova pakovanja za SiC/GaN visoko-naponske energetske module.