AI hisoblash kuchining tomog'i bo'g'ilib qolmoqdamateriallar.
Intel bosh direktori Lip-Bu Tan olmos, kremniy karbid (SiC), indiy fosfidi (InP), galliy nitridi (GaN) va shisha substratlarni to'siqlarni bartaraf etish uchun muhim beshta asosiy material deb atadi. Shu bilan birga, sanoat insayderlari ochiqchasiga ogohlantirdilar: "InP lazer ishlab chiqarish quvvatining etarli emasligi birgalikda qadoqlangan optika (CPO) uchun asosiy bo'g'ilish nuqtasidir."
Bu shuni anglatadiki, Nvidia'ning GB200/300 chiplari qanchalik kuchli bo'lmasin, ilg'or materiallarni qo'llab-quvvatlamasdan, ma'lumotlar shunchaki yuqori tezlikda oqishi mumkin emas.
Bu shunchaki qobiliyat masalasi emas - bu materialshunoslik chegaralarini bosib o'tadigan qiyinchilik. SiC/GaN quvvatini etkazib berish va shisha{1}}substrat qadoqlashdan (Tan tomonidan ta'kidlanganidek), optik o'zaro bog'lanish yechimlari uchun lityum niobat va SOIgacha, haddan tashqari quvvat yuklari ostida issiqlikni tarqatish uchun olmos va keramik substratlar,materiallarAIning ikkinchi yarmida ko'rinmas jang maydoniga aylandi. Kim birinchi bo'lib o'tib ketgan bo'lsa, u hisoblash ustunligi kalitiga ega bo'ladi.
Olmos
Sun’iy intellektning hisoblash quvvati keskin tezlikda tezlashgani sayin, yuqori{0}}chiplarda issiqlik tarqalishi tobora kuchayib bormoqda. Masalan, Nvidia'ning Rubin Ultra har bir chip uchun 2300 Vt dan oshishi kutilmoqda, mahalliy issiqlik oqimi zichligi esa 1000 Vt/sm² dan oshadi - bu deyarli tasavvur qilib bo'lmaydigan issiqlik darajasi. An'anaviy mis va alyuminiy issiqlik tarqatuvchilar jismoniy chegaralarini uradi. Olmos o'zining ultra-yuqori issiqlik o'tkazuvchanligiga ega bo'lib, yangi yarimo'tkazgichlar orasida yetakchi nomzod sifatida paydo bo'ldi.
O'zining haddan tashqari qattiqligi bilan mashhur - eng qattiq tabiiy modda, Mohs qattiqligi 10 - olmos ham tabiatdagi eng yaxshi issiqlik o'tkazgichlaridan biri bo'lib, issiqlik o'tkazuvchanligi 2200 Vt/(m·K), misnikidan 5,5 barobar va alyuminiynikidan 11 baravar ko'p. Bundan tashqari, u elektr izolyatoridir va uning issiqlik kengayish koeffitsienti kremniy, SiC va GaN ga yaqindan mos keladi. Sanoat kuzatuvchilari ta'kidlashicha, agar bitta chipning quvvati 1400 Vt dan oshsa, olmos endi "variant" emas - u "zarurat" ga aylanadi.
Nvidia’ning keyingi avlod-vera Rubin arxitekturali GPU’lari “olmos-mis kompozit material + 45 darajali to‘g‘ridan-to‘g‘ri{2}}kontaktli suyuqlikni sovutish” yechimini to‘liq o‘zlashtirdi va sanoat hatto 2026-yilni “katta-olmos issiqlik tarqalishining birinchi yili” sifatida belgiladi.
Silikon karbid (SiC)
Sun’iy intellekt ma’lumotlar markazi quvvati o‘nlab kilovattdan yuzlab kilovattgacha ko‘tarilmoqda, megavatt{0}}ko‘rsatkichlar esa ufqda. Oqim va kuchlanish darajasi oshgani sayin an'anaviy kremniyga{2}}asoslangan quvvat konversiyasi hayratlanarli yo'qotishlarga duchor bo'ladi. Bundan tashqari, AI issiqlikni tez tarqatadigan, kamroq quvvat sarflaydigan, minimal joy egallaydigan va yuqori haroratga bardosh beradigan materiallarni talab qiladi.
SiC yuqori buzilish kuchlanishini, yuqori haroratlarda barqaror ishlashni va silikondan ancha past bo'lgan kommutatsiya yo'qotishlarini taklif qiladi. Uning ixcham qurilma maydoni va mukammal ishonchliligi uni 800V yuqori kuchlanishli DC (HVDC) arxitekturalari uchun ideal tanlovga aylantiradi – yuqori kuchlanishli kirishni toʻgʻrilash va quvvat faktorini toʻgʻrilash (PFC) bosqichlarida 97% dan yuqori samaraga erishadi va HCVda 30% dan ortiq uzatish yoʻqotishlarini kamaytiradi. Nvidia, Microsoft va boshqa texnologiya gigantlari tomonidan qurilgan yangi ma'lumotlar markazlari allaqachon SiC{8}}asosidagi quvvat arxitekturasini standart sifatida qabul qilgan. TankeBlue Semiconductor kabi mahalliy xitoylik ishlab chiqaruvchilar gofret xarajatlarini kamaytirish uchun 8 dyuymli substrat va epitaksial ommaviy ishlab chiqarishni tezlashtirmoqda.
Galiy nitridi (GaN)
GaN va SiC aniq "yuqori{0}}kuchlanish va past{2}}kuchlanish" bo'linmasini hosil qiladi: SiC server xonasida qoladi, GaN esa raflarga o'tadi.
GaN yuqori elektron harakatchanligi va ajoyib quvvat zichligi bilan ajralib turadi, u yuqori{0}}chastota, past{1}}kuchlanish, yuqori{2}}zichlikdagi quvvat konversiyasida ustundir. GPU quvvat modullarida, yuqori{4}}chastotali DC-DC konvertorlari va server quvvat manbalarida - bo'sh joy va javob tezligi muhim bo'lgan joyda - GaN quvvat zichligini oshirib, quvvat manbai hajmini qisqartirishi mumkin. Samsungning 8{9}}dyuymli GaN jarayoni allaqachon xarajatlarni 30% kamaytirishga erishdi va keng ko'lamli ma'lumotlar markazini joylashtirishga moslashishni tezlashtirmoqda.
Indiy fosfidi (InP)
Indiy fosfidi almashtirib bo'lmaydigan narsa – bu lazer va fotodetektor chiplari uchun yagona ommaviy ishlab chiqarish substrat materiali bo'lib, optik tolali aloqaning 1310 nm va 1550 nm past-yo'qotish oynalariga mukammal mos keladi. CPO domenida sanoatning asosiy yondashuvi optik dvigatellar va elektr chiplarni bir xil substratda birlashtiradi va CPO yadrosidagi yuqori{6}}tezlikda yorug'lik chiqaradigan{7}}qurilmalar 100% InP lazerlariga tayanadi.
O'sha soha rahbarining ogohlantirishiga qaytsak: bu so'zlar ortida raqamlar to'plami yotadi. In 2025, global InP substrate demand is estimated at 2.0–2.1 million pieces, while effective supply is only 600,000–700,000 pieces – a supply-demand gap exceeding 70%, expected to persist until 2030. Goldman Sachs has issued an even more direct forecast: "Light source supply will remain tight through 2027, and may only begin to 2028 yilning ikkinchi yarmida muvozanatni ta'minlash zanjiri salohiyatini kengaytirish onlayn rejimiga o'tadi."
Yupqa{0}}plyonkali lityum niobat (TFLN)
Litiy niobatning kuchli chiziqli elektro-optik effektidan (Pockels effekti) foydalanish, nozik{1}}plyonkali litiy niobat past haydash kuchlanishlarida yuqori-o‘tkazuvchanlik, yuqori-chiziqlilik (yuqori{4}}aniqlik) optik signal modulyatsiyasini ta’minlaydi. Bu uni magistral tarmoqlar va metro tarmoqlari kabi-oʻrta{7}} va uzoq masofalarga-masofaga, yuqori-oʻtkazish qobiliyatiga ega optik uzatish ilovalari uchun juda mos qiladi. Bundan tashqari, uning yuqori sinishi indeksi kontrasti va mukammal optik chegarasi yuqori integratsiyaga, qurilma hajmi va quvvat sarfini yaxshilashga imkon beradi.
Optik modulyatorlarda yupqa plyonkali litiy niobat elektro-optik koeffitsientni InP dan uch baravar va kremniy fotonikidan yuz baravar ko'proq beradi. Atigi 1,8V bilan u 100 GGts dan yuqori-yuqori{5}}tezkor modulyatsiyaga erisha oladi, quvvat sarfini 30–50% ga kamaytiradi, bitta kanal esa 400G da oson ishlaydi.
Sun'iy intellektning hisoblash quvvati oshgani sayin, ma'lumotlar markazining optik o'zaro ulanishlari 400G dan 800G, 1,6T va 3,2T gacha o'smoqda. An'anaviy materiallarning ishlash cheklovlari tobora aniq bo'lib bormoqda va ingichka{5}}plyonkali litiy niobat keyingi{6}}avlodning yuqori tezlikdagi optik uzatish modulyatsiyasi uchun muhim material bo'lishga tayyor. Hozirda dunyo boʻylab faqat toʻrtta kompaniya 8-dyuymli-boʻyidagi gofretlarni ommaviy-ishlab chiqarish imkoniyatlarini oʻzlashtirgan, bunda taklif va taklif farqi 70% dan oshadi.
SOI (silikon{0}}izolyatorda-)
Agar kremniy chipning "go'shti" bo'lsa, SOI kremniy fotonikining "skeleti" dir. Ushbu "yuqori kremniy ko'milgan oksidi-substrat" sendvich tuzilishi kremniy qatlami ostiga silikon dioksid izolyatsion qatlam qo'yish orqali elektronlar va fotonlar o'rtasidagi o'zaro bog'lanishni butunlay yo'q qiladi. Bu parazitar sig'imni 60% dan ortiq qisqartiradi, bu elektr signallarining tezroq va samaraliroq ishlashiga imkon beradi. Eng muhimi shundaki, yuqori kremniy va oksid qatlami o'rtasidagi katta sinishi indeksi farqi tabiiy ravishda optik to'lqin o'tkazgichning "devorlarini" hosil qiladi, bu esa optik signallarni chipda minimal yo'qotish bilan egilishi va uzatish imkonini beradi.
AI davrida SOI optik modullar, CPO dvigatellari va kvant chiplarini ishlab chiqarish uchun almashtirib bo'lmaydigan asosiy substratdir. Global ishlab chiqarish quvvati Frantsiyaning Soitec kompaniyasida to'plangan bo'lib, mahalliy mahalliylashtirishni dolzarb vazifa qilib qo'yadi.
Shisha substratlar
GPU, HBM va chipletlar stacking paketlarini katta shakl omillari, yuqori zichlik va yuqori{0}}tezlikdagi oʻzaro bogʻlanishlarga yoʻnaltirar ekan, anʼanaviy organik substratlar va kremniy interposerlari hajmi, narxi va ishlashi boʻyicha tobora koʻproq cheklovlarga duch kelmoqda.
Shisha substratlar, vertikal elektr o'zaro bog'lanishi uchun shisha vites (TGV) orqali organik substratlar va kremniy interposers o'rtasidagi bozor bo'shlig'ini aniq to'ldiradi. Ular sozlanishi mumkin bo'lgan termal kengayish koeffitsientini (kremniy chiplariga mos keladi), juda kam dielektrik yo'qotishni va ultra{1}}yuqori sirt tekisligini taklif qiladi. Intel sinovlari ular naqsh buzilishini 50% ga kamaytirishi va o'zaro ulanish zichligini 10 baravar oshirishi mumkinligini ko'rsatdi.
Yarimo'tkazgichlar bo'yicha jahon yetakchilari o'z sarmoyalarini jadal sur'atlar bilan jadallashtirishmoqda - Intel, TSMC, Samsung Electro-Mechanics, SK Group va LG Group shisha tagliklar bo'yicha tijorat poygasini boshlab yuborishdi.
Seramika substratlari
Yuqori{0}}zichlikdagi integratsiyalashgan qadoqlarda bir vaqtning o'zida ishlaydigan yuqori quvvatli qurilmalar katta miqdorda konsentrlangan issiqlik hosil qiladi va qadoqlash substrati asosiy issiqlik-tarqatuvchi komponent hisoblanadi. AI chip quvvati 2000 Vt chegarani kesib o'tganligi sababli, an'anaviy FR{9}}4 organik substratlar, ularning yomon issiqlik o'tkazuvchanligi (faqat 0,3 Vt/(m·K)) va issiqlik kengayishiga mos kelmasligi jiddiy burilish va delaminatsiya xavfiga duch keladi. Yuqori issiqlik o'tkazuvchanligi, yuqori elektr izolyatsiyasi va mukammal issiqlik moslashuvining o'ziga xos afzalliklari bilan seramika substratlar yuqori quvvatli stsenariylar uchun zaruratga aylandi.
Ular orasida issiqlik o'tkazuvchanligi 170–220 Vt/(m·K) bo'lgan alyuminiy nitridi (AlN) 800G/1,6T yuqori-tezlikdagi optik modullarda issiqlik tarqalishi uchun eng yaxshi tanlovdir. Silikon nitridi (Si₃N₄) mukammal egilish kuchi va termal zarbaga chidamliligi bilan SiC/GaN yuqori kuchlanishli quvvat modullari uchun asos bo'lib xizmat qiladi.