logo
afiş afiş

Blog Detayları

Created with Pixso. Ev Created with Pixso. Blog Created with Pixso.

Yapay Zeka Yarı İletkenleri Yeni Bir Malzeme Çağına İtiyor: SOI, Cam, SiC, GaN ve Gelişmiş Termal Malzemeler

Yapay Zeka Yarı İletkenleri Yeni Bir Malzeme Çağına İtiyor: SOI, Cam, SiC, GaN ve Gelişmiş Termal Malzemeler

2026-09-08

Uzun yıllar boyunca yarı iletken teknolojisindeki ilerleme büyük ölçüde işlem düğümleriyle tanımlandı.

10 nm, 7 nm, ardından 5 nm, 3 nm ve giderek gelişen transistör mimarileri haline geldi.

Ancak yapay zeka hızlandırıcıları, yüksek performanslı bilgi işlem sistemleri ve gelişmiş paketleme ölçeklenmeye devam ettikçe, transistör yoğunluğu artık sistem performansını belirleyen tek faktör değil.

Yarı iletken endüstrisi, malzemelerin, paketlemenin, ara bağlantıların, güç dağıtımının ve termal yönetimin transistör ölçeklenmesi kadar önemli hale geldiği yeni bir aşamaya giriyor.

Bu geçiş, aşağıdakiler de dahil olmak üzere geniş bir yelpazede yarı iletken malzemelere olan ilgiyi artırıyor:

  • Yalıtkan üzerindeki silikon (SOI) waferlar
  • Cam alt tabakalar
  • Silikon karbür (SiC)
  • Galyum nitrür (GaN)
  • Alüminyum nitrür (AlN) seramikleri
  • Silikon karbür seramikleri
  • Elmas bazlı ısı yayıcı malzemeler
  • Elmas-bakır kompozitleri

Bu malzemeler farklı mühendislik zorluklarını ele alıyor, ancak giderek artan bir şekilde ortak bir itici güç tarafından birbirine bağlanıyorlar:

Yapay zeka ve HPC sistemleri daha fazla bant genişliği, daha yüksek güç verimliliği, daha yoğun paketleme ve daha iyi termal performans gerektiriyor.

hakkında en son şirket haberleri Yapay Zeka Yarı İletkenleri Yeni Bir Malzeme Çağına İtiyor: SOI, Cam, SiC, GaN ve Gelişmiş Termal Malzemeler  0

Yarı İletken Darboğazı Transistörlerin Ötesine Genişliyor

Modern yapay zeka işlemcileri muazzam bilgi işlem kaynakları içerir.

Ancak, artan bilgi işlem yeteneği aynı zamanda birkaç yeni sınırlama da yaratır.

En önemlilerinden ikisi şunlardır:

veri hareketi

ve

ısı giderme.

Bir yapay zeka hızlandırıcısı, HBM, komşu işlemciler, ağ arayüzleri ve depolama sistemleriyle sürekli olarak muazzam miktarda veri alışverişi yapmalıdır.

Aynı zamanda, bu cihazlar gelişmiş paketler içinde giderek daha yoğunlaşan ısı üretir.

Sonuç olarak, yalnızca transistör performansını iyileştirmek artık yeterli değil.

Tüm yarı iletken sistem optimize edilmelidir.

Bu şunları içerir:

  • optik ara bağlantılar
  • gelişmiş alt tabakalar
  • HBM entegrasyonu
  • güç dönüşümü
  • termal arayüzler
  • ısı yayıcılar
  • paketleme malzemeleri

Bu sistem düzeyindeki geçiş, daha önce nispeten özel pazarlarda yer alan yarı iletken malzemeler için yeni fırsatlar yaratıyor.

1. Fotoniğin SOI, Yapay Zeka Ara Bağlantıları İçin Daha Önemli Hale Geliyor

Yalıtkan üzerindeki silikon yeni bir yarı iletken malzeme değil.

SOI waferlar uzun süredir şu gibi uygulamalar için kullanılmıştır:

  • MEMS
  • RF cihazları
  • sensörler
  • özel entegre devreler

Ancak, yapay zeka altyapısı başka bir önemli büyüme fırsatı yaratıyor:

silikon fotoniği.

Yapay zeka kümeleri büyüdükçe, geleneksel elektrikli ara bağlantılar giderek artan bir şekilde şu zorluklarla karşılaşıyor:

  • iletim kaybı
  • güç tüketimi
  • bant genişliği yoğunluğu
  • sinyal bütünlüğü
  • iletim mesafesi.

Bakır ara bağlantıları hala önemlidir, ancak bant genişliği gereksinimleri arttıkça optik iletişim giderek daha çekici hale geliyor.

Bu, ortak paketlenmiş optiklerin veya CPO'nun bu kadar ilgi görmesinin nedenlerinden biridir.

Yüksek performanslı işlemciler ve optik modüller arasındaki tamamen elektrikli bağlantılara güvenmek yerine, CPO optik motorları anahtarlama veya bilgi işlem silikonuna yaklaştırır.

Amaç, yüksek hızlı elektrikli bağlantıların uzunluğunu azaltmak ve daha fazla veriyi optik olarak aktarmaktır.

SOI, silikon fotoniği için en önemli alt tabaka platformlarından biridir.

Neden SOI Silikon Fotonik İçin İyi Çalışıyor

Tipik bir fotonik SOI wafer şunları içerir:

  • ince bir silikon cihaz katmanı
  • gömülü bir oksit katmanı
  • bir silikon taşıyıcı wafer

Üst silikon katmanı optik dalga kılavuzlarına desenlenebilir.

Gömülü oksit, silikon dalga kılavuzu ile alttaki silikon alt tabaka arasında optik izolasyon sağlar.

Yaygın silikon fotonik yapıları şunları içerir:

  • dalga kılavuzları
  • halka rezonatörleri
  • modülatörler
  • optik kuplörler
  • Mach-Zehnder interferometreleri
  • fotodetektör entegrasyon platformları

Birçok ticari fotonik platformda, silikon cihaz katmanı yalnızca birkaç yüz nanometre kalınlığındadır.

Örneğin, mikrometre ölçekli gömülü oksit üzerinde yaklaşık 220 nm silikon, silikon fotonik alanında yaygın olarak kullanılmaktadır.

Bu, fotonik için SOI wafer gereksinimlerinin MEMS veya geleneksel RF uygulamalarından çok farklı olduğu anlamına gelir.

Kalınlık tekdüzeliği, yüzey kalitesi ve BOX kontrolü özellikle önemli hale gelir.

Yapay Zeka Veri Merkezleri Daha Fazla Fotoniğin-SOI Talebi Yaratabilir

Silikon fotoniğin önemi, yapay zeka veri merkezlerinin büyümesiyle yakından ilişkilidir.

Yapay zeka kümeleri son derece yüksek hızlı iletişim gerektirir:

sunucu içinde

hızlandırıcılar arasında

raflar arasında

ve giderek artan bir şekilde

büyük bilgi işlem sistemi grupları arasında.

Elektrikli iletişim güç ve bant genişliği yoğunluğu açısından pratik sınırlara yaklaştıkça, optik ara bağlantı teknolojileri daha önemli hale geliyor.

Bu, SOI'nin yalnızca geleneksel yarı iletken cihazlara değil, aynı zamanda yapay zeka işlemcilerini çevreleyen optik iletişim altyapısına da giderek daha fazla hizmet verebileceği anlamına gelir.

Başka bir deyişle:

Yapay zeka patlaması yalnızca işlemci waferlarına olan talebi artırmakla kalmıyor. Aynı zamanda işlemci cihazları arasındaki veriyi taşıyan malzemelere olan talebi de artırıyor.

2. Cam Alt Tabakalar Gelişmiş Paketlemeye Yaklaşıyor

Artan ilgi gören bir diğer malzeme de cam.

Cam, elektronik ve yarı iletken üretiminde uzun yıllardır kullanılmaktadır.

Uygulamalar şunları içerir:

  • taşıyıcı waferlar
  • MEMS
  • optik bileşenler
  • geçici yapıştırma
  • ekran teknolojisi

Ancak gelişmiş paketleme yeni bir fırsat yaratıyor:

cam çekirdek alt tabakalar ve cam ara parçalar.

Modern yapay zeka paketleri şunları birleştirebilir:

  • GPU veya yapay zeka hızlandırıcı kalıpları
  • çoklu çipletler
  • HBM yığınları
  • ara parçalar
  • paket alt tabakaları

Paket boyutları arttıkça, boyutsal kararlılık giderek daha önemli hale gelir.

Geleneksel organik alt tabaka malzemeleri şu zorluklarla karşılaşabilir:

  • çarpılma
  • termal genleşme
  • ince hat desenleme
  • büyük alan boyutsal kontrolü

Cam, bu uygulamalar için birkaç çekici özellik sunar.

Neden Cam Gelişmiş Paketleme İçin İlginçtir

Cam sağlayabilir:

  • mükemmel boyutsal kararlılık
  • kontrollü termal genleşme katsayısı
  • pürüzsüz yüzeyler
  • iyi elektriksel yalıtım
  • büyük panel işleme ile uyumluluk
  • ince hatveli ara bağlantı yapıları potansiyeli

En önemli destekleyici teknolojilerden biri şunlardır:

TGV - Camdan Geçen Via.

Bir TGV, bir cam alt tabakanın kalınlığı boyunca elektrik bağlantıları oluşturur.

Via oluşumundan sonra, delikler dikey elektrik ara bağlantıları oluşturmak için metalize edilebilir.

Bu, camı potansiyel olarak şunlar için uygun hale getirir:

  • cam ara parçalar
  • cam çekirdek alt tabakalar
  • RF paketleri
  • gelişmiş çiplet entegrasyonu
  • yapay zeka hızlandırıcı paketleme

Ancak, cam paketleme yalnızca bir cam wafer üretmekten daha fazlasını gerektirir.

Tam üretim zinciri şunları içerebilir:

cam hazırlama
→ hassas inceltme
→ TGV oluşumu
→ metalizasyon
→ yeniden dağıtım katmanları
→ yapıştırma
→ gelişmiş paketleme

Tüm işlem zincirini kontrol edebilen şirketler, yalnızca ham cam tedarikçilerinden daha fazla değer elde edebilir.

3. HBM Termal Yönetimi Bir Malzeme Sorununa Dönüştürüyor

Yüksek Bant Genişlikli Bellek, yapay zeka donanımının tanımlayıcı teknolojilerinden biri haline geldi.

HBM, birden fazla DRAM kalıbını dikey olarak istifleyerek bellek bant genişliğini artırır.

Bu, geleneksel bellek mimarilerinden daha fazla verinin bellek ve işlemciler arasında hareket etmesini sağlar.

Ancak kaçınılmaz bir sonucu var:

istifleme, termal yönetimi daha zor hale getirir.

Birden fazla silikon kalıbı, kompakt bir dikey yapı içinde ısı üretir.

Aynı zamanda, HBM yığınları tipik olarak yüksek güçlü yapay zeka hızlandırıcılarına çok yakın yerleştirilir.

Bu nedenle, gelişmiş bir yapay zeka paketi sınırlı bir alanda birkaç büyük termal kaynak içerebilir.

Termal performans, paket düzeyinde bir tasarım sorunu haline gelir.

Gelişmiş Paketleme Daha İyi Isı Yayıcı Malzemeler Gerektiriyor

Geleneksel bakır, şu nedenlerle son derece önemlidir:

  • yüksek termal iletkenlik
  • olgun üretim
  • düşük göreceli maliyet
  • iyi işlenebilirlik

Ancak, gelecekteki yüksek güçlü paketler ek yeteneklere sahip malzemeler gerektirebilir.

Potansiyel malzemeler şunları içerir:

  • AlN seramikleri
  • SiC seramikleri
  • Cu-Mo
  • Cu-W
  • CVD elmas
  • Elmas-Bakır kompozitleri
  • gelişmiş termal arayüz malzemeleri

Anahtar malzeme parametreleri giderek artan bir şekilde şunları içerir:

  • termal iletkenlik
  • termal genleşme katsayısı
  • termal arayüz direnci
  • düzlük
  • mekanik sertlik
  • termal döngü altında güvenilirlik

Bu nedenle, termal sorun artık yalnızca daha büyük bir soğutucu takılarak çözülmez.

Yarı iletken kalıbına çok daha yakın başlar.

4. Neden Elmas Yarı İletken Termal Tartışmaya Geri Dönüyor

Elmas, olağanüstü bir özellik nedeniyle yeniden ilgi görüyor:

çok yüksek termal iletkenlik.

Yüksek kaliteli sentetik elmas, ısıyı birçok geleneksel termal yönetim malzemesinden çok daha etkili bir şekilde iletebilir.

Bu, elması yüksek güçlü cihazlardan yoğunlaşan ısıyı gidermek için çekici kılar.

Potansiyel uygulamalar şunları içerir:

  • yapay zeka hızlandırıcıları
  • HPC işlemcileri
  • GaN RF cihazları
  • güç yarı iletken modülleri
  • lazer sistemleri

Ancak, saf elmasın da dezavantajları vardır.

Bunlar şunları içerir:

  • yüksek maliyet
  • zor işleme
  • zor metalizasyon
  • zor yapıştırma
  • sınırlı büyük alan ekonomisi

Sonuç olarak, araştırmacılar ve malzeme tedarikçileri giderek artan bir şekilde hibrit çözümler araştırıyorlar.

Önemli bir örnek şudur:

Elmas-Bakır Kompozit.

Neden Elmas-Bakır İlginçtir

Elmas-bakır kompozitleri, elmas parçacıklarını bir bakır matrisle birleştirir.

Amaç iki özelliği aynı anda elde etmektir:

daha yüksek termal iletkenlik

ve

geleneksel bakırdan daha düşük termal genleşme.

Bu çekicidir çünkü yarı iletken paketleme sıklıkla bir ödünleşmeyle karşı karşıya kalır.

Bakır ısıyı iyi iletir ancak nispeten yüksek bir termal genleşme katsayısına sahiptir.

Tungsten ve molibden gibi düşük CTE'li malzemeler boyutsal kararlılığı artırabilir, ancak bakıra eklendiğinde genellikle termal iletkenliği azaltır.

Elmas, her ikisine de sahip olduğu için farklı bir olasılık sunar:

  • son derece yüksek termal iletkenlik
  • çok düşük termal genleşme

Bu nedenle, prensipte, Elmas/Cu kompozitleri CTE'yi azaltırken termal iletkenliği artırabilir.

Arayüz Elmas İçeriğinden Daha Önemlidir

Bir Elmas-Bakır kompoziti, büyük bir elmas yüzdesi içerdiği için otomatik olarak yüksek performanslı değildir.

En zor sorun, şu arayüzdür:

elmas

ve

bakır.

Bakır doğal olarak elmasla verimli bir şekilde bağlanmaz.

Kötü arayüz teması önemli termal direnç oluşturabilir.

Bu, ısının verimli bir şekilde hareket edemeyeceği anlamına gelir:

bakır → elmas → bakır.

Bu nedenle üreticiler, karbür oluşturan elementleri içeren arayüz mühendisliği teknikleri kullanırlar, örneğin:

  • Ti
  • Cr
  • W
  • Mo
  • Zr

Bu elementler elmas-bakır yapışmasını iyileştirebilir.

Ancak, arayüz katmanı da dikkatlice kontrol edilmelidir.

Çok kalın olursa, arayüzün kendisi bir termal bariyer haline gelebilir.

Bu, gelişmiş yarı iletken malzemelerdeki önemli bir eğilimi göstermektedir:

Gelecekteki performans, yalnızca toplu malzeme özelliklerine değil, giderek artan bir şekilde arayüz mühendisliğine bağlıdır.

5. SiC Önemli Bir Yarı İletken Malzeme Olmaya Devam Ediyor

Yapay zeka büyük ilgi görse de, elektrifikasyon başka bir büyük yarı iletken geçişini yönlendirmeye devam ediyor:

silikon karbür güç cihazlarının genişlemesi.

SiC, şu gibi uygulamalar için önemli hale geldi:

  • elektrikli araçlar
  • EV çekiş invertörleri
  • hızlı şarj
  • güneş invertörleri
  • enerji depolama
  • endüstriyel güç sistemleri
  • yüksek voltajlı güç dönüşümü

Geleneksel silikon güç cihazlarıyla karşılaştırıldığında, SiC şunları sağlayabilir:

  • daha yüksek çalışma voltajı
  • daha yüksek anahtarlama frekansı
  • daha düşük anahtarlama kayıpları
  • daha yüksek sıcaklıkta çalışma
  • daha küçük pasif bileşenler

Ancak SiC endüstrisi olgunlaştıkça, soru değişiyor.

Birkaç yıl önce, tartışma genellikle şunlara odaklanırdı:

SiC, yüksek güçlü uygulamalarda silikonun yerini alabilir mi?

Bugün, daha pratik soru şudur:

SiC üretim maliyeti nasıl düşürülebilir?

SiC Üretimi Bir Verim ve Maliyet Rekabeti Haline Geliyor

SiC alt tabakalarının üretimi zordur.

İşlem zinciri boyunca zorluklar yaşanır:

  • kristal büyümesi
  • dilimleme
  • öğütme
  • laplama
  • CMP
  • temizleme
  • epitaksi
  • wafer denetimi
  • cihaz üretimi

SiC son derece sert ve kırılgandır.

Bu, wafer kesme ve parlatmayı geleneksel silikon işleminden daha yavaş ve daha pahalı hale getirir.

Alt tabaka kusurları ayrıca nihai cihaz verimini de etkileyebilir.

SiC, daha büyük hacimli üretime doğru ilerledikçe, odak giderek şunlara kayıyor:

  • daha büyük wafer çapları
  • daha yüksek kristal kalitesi
  • daha düşük kusur yoğunluğu
  • azaltılmış kerf kaybı
  • daha hızlı parlatma
  • iyileştirilmiş wafer düzlüğü
  • daha iyi işlem verimi

Bu, yalnızca SiC waferların kendisinde değil, SiC malzemeleri ve ekipman tedarik zinciri boyunca fırsatlar olduğu anlamına gelir.

6. GaN Yapay Zeka Güç Sistemlerinde Yeni Fırsatlar Buluyor

Galyum nitrür başka bir büyük geniş bant aralıklı yarı iletkendir.

GaN özellikle şunlar için çekicidir:

  • yüksek anahtarlama frekansı
  • yüksek verimlilik
  • kompakt güç dönüşümü

önemlidir.

Yapay zeka veri merkezleri muazzam miktarda elektrik tüketir.

Bu nedenle, sunucu ve raf mimarisi boyunca güç dönüşümü kaybını azaltmak giderek daha değerlidir.

GaN cihazları, yüksek frekanslı güç dönüşümü uygulamalarında şunlar için kullanılabilir:

  • sunucu güç kaynakları
  • DC-DC dönüştürücüler
  • yüksek yoğunluklu güç adaptörleri
  • telekomünikasyon güç sistemleri

Bu, yapay zeka ile yarı iletken malzemeler arasında başka bir önemli bağlantı yaratır.

Yapay zeka talebi yalnızca işlemcilere olan talebi yaratmaz.

Aynı zamanda bu işlemcileri verimli bir şekilde çalıştırmak için gereken güç elektroniğine olan talebi de artırır.

SiC ve GaN Rekabetçi Olmaktan Çok Tamamlayıcıdır

SiC ve GaN genellikle rakip yarı iletken teknolojileri olarak sunulur.

Uygulamada, genellikle güç elektroniği pazarının farklı bölümlerini ele alırlar.

SiC özellikle şunlarda iyi performans gösterir:

  • yüksek voltajlı uygulamalar
  • yüksek güçlü sistemler
  • otomotiv çekişi
  • şebeke ve endüstriyel güç

GaN şunlar için oldukça çekicidir:

  • yüksek frekanslı anahtarlama
  • kompakt güç dönüştürücüler
  • düşük ila orta voltajlı uygulamalar
  • veri merkezi güç elektroniği

Bu nedenle, gelecekteki güç yarı iletken pazarının şunları kullanması muhtemeldir:

silikon + SiC + GaN

tek bir evrensel malzeme seçmek yerine.

7. Yarı İletken Seramikler Daha Önemli Hale Geliyor

Daha az görünür ancak giderek daha önemli bir kategori de gelişmiş seramik malzemelerdir.

Yarı iletken ekipmanlar, şu gibi bileşenler için hassas seramiklere dayanır:

  • wafer aynaları
  • ısıtıcı plakalar
  • yalıtım bileşenleri
  • plazma odası parçaları
  • wafer taşıyıcıları
  • hassas aşamalar
  • vakum bileşenleri

Önemli malzemeler şunları içerir:

  • Alümina
  • Alüminyum Nitrür
  • Silikon Karbür
  • Silikon Nitrür
  • Yittria

Her malzeme farklı bir mühendislik sorununu çözer.

Alümina

Alümina sunar:

  • mükemmel elektriksel yalıtım
  • iyi kimyasal direnç
  • yüksek sertlik
  • olgun işleme
  • nispeten kontrollü maliyet

En yaygın kullanılan teknik seramiklerden biri olmaya devam ediyor.

Alüminyum Nitrür

AlN, özellikle her ikisinin de olduğu durumlarda çekicidir:

elektriksel yalıtım

ve

yüksek termal iletkenlik

gereklidir.

Bu, onu şunlar için kullanışlı hale getirir:

  • güç yarı iletken alt tabakaları
  • ısıtıcı bileşenleri
  • termal yönetim yapıları
  • elektronik paketleme

SiC Seramik

SiC seramik sağlar:

  • yüksek sertlik
  • yüksek termal iletkenlik
  • düşük termal genleşme
  • mükemmel aşınma direnci
  • yüksek sıcaklık kararlılığı

Bu özellikler, değişen termal koşullar altında boyutsal olarak kararlı kalması gereken yarı iletken ekipman bileşenleri için onu çekici kılar.

Yapay Zeka Daha Önce Ayrı Olan Malzeme Pazarlarını Birleştiriyor

En ilginç yarı iletken eğilimlerinden biri, bir zamanlar nispeten ayrı endüstrilere ait olan malzemelerin aynı sistemin bir parçası haline gelmesidir.

Gelişmiş bir yapay zeka bilgi işlem platformunu düşünün.

Gerektirebilir:

SOI

silikon fotoniği ve optik iletişim için.

Cam

gelecek nesil gelişmiş paketleme için.

HBM

yüksek bant genişlikli bellek için.

AlN veya SiC seramikleri

termal yönetim ve yarı iletken ekipman için.

Elmas bazlı malzemeler

aşırı ısı yayılımı için.

GaN

yüksek verimli veri merkezi güç dönüşümü için.

SiC

yüksek güçlü enerji altyapısı için.

Bu malzemeler tamamen farklı işlevler yerine getirir.

Ancak yapay zeka, onları aynı mühendislik gereksinimleri aracılığıyla birbirine bağlıyor:

  • daha fazla bant genişliği
  • daha fazla entegrasyon
  • daha yüksek güç verimliliği
  • daha düşük termal direnç

İşlem Ölçeklemesinden Sistem Ölçeklemesine

Bu nedenle, yarı iletken endüstrisi daha geniş bir ölçekleme biçimine giriyor.

Geleneksel ölçekleme öncelikle transistörleri küçültmeye odaklandı.

Gelecekteki performans iyileştirmeleri giderek artan bir şekilde şunlara bağlı olacaktır:

**transistör ölçeklenmesi

  • paketleme ölçeklenmesi
  • bellek ölçeklenmesi
  • optik ölçeklenmesi
  • güç ölçeklenmesi
  • termal ölçeklenmesi**

Bu nedenle gelişmiş malzemeler stratejik olarak önemli hale geliyor.

Veri hızla ulaşamazsa daha hızlı bir transistörün faydası sınırlıdır.

Aşırı ısınırsa daha büyük bir yapay zeka hızlandırıcısının faydası sınırlıdır.

Paketleme yoğunluğunun yönetilemez hale gelmesi durumunda daha fazla HBM'nin faydası sınırlıdır.

Gelişmiş paketleme ve malzemeler performans denkleminin bir parçası haline geliyor.

Endüstri Hangi Yarı İletken Malzemeleri İzlemeli?

Birkaç kategori özel dikkat hak ediyor.

Fotoniğin SOI

Silikon fotoniği, yüksek hızlı optik iletişim ve CPO tarafından yönlendirilir.

Cam Alt Tabakalar

Çipletler, HBM, büyük alan gelişmiş paketleme ve TGV teknolojisi tarafından yönlendirilir.

SiC

EV'ler, endüstriyel güç, yenilenebilir enerji ve yüksek voltajlı elektronik tarafından yönlendirilir.

GaN

Yüksek frekanslı güç dönüşümü ve veri merkezi verimliliği tarafından yönlendirilir.

Yüksek Termal İletkenlikli Seramikler

Güç yoğunluğu ve gelişmiş yarı iletken ekipmanlar tarafından yönlendirilir.

Elmas Bazlı Termal Malzemeler

Yapay zeka, RF ve yüksek güçlü cihazlardaki aşırı ısı akışı tarafından yönlendirilir.

Bu malzemeler silikonun yerini almayacaktır.

Bunun yerine, silikonu giderek daha fazla çevreleyecek ve sistem düzeyinde ölçeklenmeye devam etmesini sağlayacaktır.

Sonuç

Yapay zeka yarı iletken devrimi bir malzeme devrimine dönüşüyor.

Onlarca yıldır endüstrinin en önemli sorusu şuydu:

Transistörü ne kadar küçültebiliriz?

Bu soru hala önemli.

Ancak artık yeterli değil.

Gelecek nesil yarı iletken sistemler de şunları yanıtlamalıdır:

Veri ne kadar hızlı hareket edebilir?

Birden fazla kalıp ne kadar yakından entegre edilebilir?

Güç ne kadar verimli dönüştürülebilir?

Isı ne kadar hızlı giderilebilir?

Bu sorular, SOI waferların, cam alt tabakaların, SiC, GaN, gelişmiş seramiklerin ve elmas bazlı termal malzemelerin önemini artırıyor.

Bu nedenle, yarı iletken performansının geleceği yalnızca daha iyi çiplerle değil, bu çiplerin etrafındaki daha iyi malzemelerle de belirlenecektir.

Rekabetin bir sonraki aşaması, tek bir malzeme atılımından çok, birden fazla özel malzemenin tek bir yüksek performanslı sisteme entegre edilme yeteneği ile tanımlanabilir.

Yapay zeka çağında, yarı iletken inovasyonu yalnızca çiplerin küçültülmesinin ötesine geçiyor.

Artık çiplerin daha hızlı iletişim kurmasını, daha yoğun paketlenmesini, daha verimli güç tüketmesini ve daha düşük sıcaklıklarda çalışmasını sağlamakla ilgili.

afiş
Blog Detayları
Created with Pixso. Ev Created with Pixso. Blog Created with Pixso.

Yapay Zeka Yarı İletkenleri Yeni Bir Malzeme Çağına İtiyor: SOI, Cam, SiC, GaN ve Gelişmiş Termal Malzemeler

Yapay Zeka Yarı İletkenleri Yeni Bir Malzeme Çağına İtiyor: SOI, Cam, SiC, GaN ve Gelişmiş Termal Malzemeler

Uzun yıllar boyunca yarı iletken teknolojisindeki ilerleme büyük ölçüde işlem düğümleriyle tanımlandı.

10 nm, 7 nm, ardından 5 nm, 3 nm ve giderek gelişen transistör mimarileri haline geldi.

Ancak yapay zeka hızlandırıcıları, yüksek performanslı bilgi işlem sistemleri ve gelişmiş paketleme ölçeklenmeye devam ettikçe, transistör yoğunluğu artık sistem performansını belirleyen tek faktör değil.

Yarı iletken endüstrisi, malzemelerin, paketlemenin, ara bağlantıların, güç dağıtımının ve termal yönetimin transistör ölçeklenmesi kadar önemli hale geldiği yeni bir aşamaya giriyor.

Bu geçiş, aşağıdakiler de dahil olmak üzere geniş bir yelpazede yarı iletken malzemelere olan ilgiyi artırıyor:

  • Yalıtkan üzerindeki silikon (SOI) waferlar
  • Cam alt tabakalar
  • Silikon karbür (SiC)
  • Galyum nitrür (GaN)
  • Alüminyum nitrür (AlN) seramikleri
  • Silikon karbür seramikleri
  • Elmas bazlı ısı yayıcı malzemeler
  • Elmas-bakır kompozitleri

Bu malzemeler farklı mühendislik zorluklarını ele alıyor, ancak giderek artan bir şekilde ortak bir itici güç tarafından birbirine bağlanıyorlar:

Yapay zeka ve HPC sistemleri daha fazla bant genişliği, daha yüksek güç verimliliği, daha yoğun paketleme ve daha iyi termal performans gerektiriyor.

hakkında en son şirket haberleri Yapay Zeka Yarı İletkenleri Yeni Bir Malzeme Çağına İtiyor: SOI, Cam, SiC, GaN ve Gelişmiş Termal Malzemeler  0

Yarı İletken Darboğazı Transistörlerin Ötesine Genişliyor

Modern yapay zeka işlemcileri muazzam bilgi işlem kaynakları içerir.

Ancak, artan bilgi işlem yeteneği aynı zamanda birkaç yeni sınırlama da yaratır.

En önemlilerinden ikisi şunlardır:

veri hareketi

ve

ısı giderme.

Bir yapay zeka hızlandırıcısı, HBM, komşu işlemciler, ağ arayüzleri ve depolama sistemleriyle sürekli olarak muazzam miktarda veri alışverişi yapmalıdır.

Aynı zamanda, bu cihazlar gelişmiş paketler içinde giderek daha yoğunlaşan ısı üretir.

Sonuç olarak, yalnızca transistör performansını iyileştirmek artık yeterli değil.

Tüm yarı iletken sistem optimize edilmelidir.

Bu şunları içerir:

  • optik ara bağlantılar
  • gelişmiş alt tabakalar
  • HBM entegrasyonu
  • güç dönüşümü
  • termal arayüzler
  • ısı yayıcılar
  • paketleme malzemeleri

Bu sistem düzeyindeki geçiş, daha önce nispeten özel pazarlarda yer alan yarı iletken malzemeler için yeni fırsatlar yaratıyor.

1. Fotoniğin SOI, Yapay Zeka Ara Bağlantıları İçin Daha Önemli Hale Geliyor

Yalıtkan üzerindeki silikon yeni bir yarı iletken malzeme değil.

SOI waferlar uzun süredir şu gibi uygulamalar için kullanılmıştır:

  • MEMS
  • RF cihazları
  • sensörler
  • özel entegre devreler

Ancak, yapay zeka altyapısı başka bir önemli büyüme fırsatı yaratıyor:

silikon fotoniği.

Yapay zeka kümeleri büyüdükçe, geleneksel elektrikli ara bağlantılar giderek artan bir şekilde şu zorluklarla karşılaşıyor:

  • iletim kaybı
  • güç tüketimi
  • bant genişliği yoğunluğu
  • sinyal bütünlüğü
  • iletim mesafesi.

Bakır ara bağlantıları hala önemlidir, ancak bant genişliği gereksinimleri arttıkça optik iletişim giderek daha çekici hale geliyor.

Bu, ortak paketlenmiş optiklerin veya CPO'nun bu kadar ilgi görmesinin nedenlerinden biridir.

Yüksek performanslı işlemciler ve optik modüller arasındaki tamamen elektrikli bağlantılara güvenmek yerine, CPO optik motorları anahtarlama veya bilgi işlem silikonuna yaklaştırır.

Amaç, yüksek hızlı elektrikli bağlantıların uzunluğunu azaltmak ve daha fazla veriyi optik olarak aktarmaktır.

SOI, silikon fotoniği için en önemli alt tabaka platformlarından biridir.

Neden SOI Silikon Fotonik İçin İyi Çalışıyor

Tipik bir fotonik SOI wafer şunları içerir:

  • ince bir silikon cihaz katmanı
  • gömülü bir oksit katmanı
  • bir silikon taşıyıcı wafer

Üst silikon katmanı optik dalga kılavuzlarına desenlenebilir.

Gömülü oksit, silikon dalga kılavuzu ile alttaki silikon alt tabaka arasında optik izolasyon sağlar.

Yaygın silikon fotonik yapıları şunları içerir:

  • dalga kılavuzları
  • halka rezonatörleri
  • modülatörler
  • optik kuplörler
  • Mach-Zehnder interferometreleri
  • fotodetektör entegrasyon platformları

Birçok ticari fotonik platformda, silikon cihaz katmanı yalnızca birkaç yüz nanometre kalınlığındadır.

Örneğin, mikrometre ölçekli gömülü oksit üzerinde yaklaşık 220 nm silikon, silikon fotonik alanında yaygın olarak kullanılmaktadır.

Bu, fotonik için SOI wafer gereksinimlerinin MEMS veya geleneksel RF uygulamalarından çok farklı olduğu anlamına gelir.

Kalınlık tekdüzeliği, yüzey kalitesi ve BOX kontrolü özellikle önemli hale gelir.

Yapay Zeka Veri Merkezleri Daha Fazla Fotoniğin-SOI Talebi Yaratabilir

Silikon fotoniğin önemi, yapay zeka veri merkezlerinin büyümesiyle yakından ilişkilidir.

Yapay zeka kümeleri son derece yüksek hızlı iletişim gerektirir:

sunucu içinde

hızlandırıcılar arasında

raflar arasında

ve giderek artan bir şekilde

büyük bilgi işlem sistemi grupları arasında.

Elektrikli iletişim güç ve bant genişliği yoğunluğu açısından pratik sınırlara yaklaştıkça, optik ara bağlantı teknolojileri daha önemli hale geliyor.

Bu, SOI'nin yalnızca geleneksel yarı iletken cihazlara değil, aynı zamanda yapay zeka işlemcilerini çevreleyen optik iletişim altyapısına da giderek daha fazla hizmet verebileceği anlamına gelir.

Başka bir deyişle:

Yapay zeka patlaması yalnızca işlemci waferlarına olan talebi artırmakla kalmıyor. Aynı zamanda işlemci cihazları arasındaki veriyi taşıyan malzemelere olan talebi de artırıyor.

2. Cam Alt Tabakalar Gelişmiş Paketlemeye Yaklaşıyor

Artan ilgi gören bir diğer malzeme de cam.

Cam, elektronik ve yarı iletken üretiminde uzun yıllardır kullanılmaktadır.

Uygulamalar şunları içerir:

  • taşıyıcı waferlar
  • MEMS
  • optik bileşenler
  • geçici yapıştırma
  • ekran teknolojisi

Ancak gelişmiş paketleme yeni bir fırsat yaratıyor:

cam çekirdek alt tabakalar ve cam ara parçalar.

Modern yapay zeka paketleri şunları birleştirebilir:

  • GPU veya yapay zeka hızlandırıcı kalıpları
  • çoklu çipletler
  • HBM yığınları
  • ara parçalar
  • paket alt tabakaları

Paket boyutları arttıkça, boyutsal kararlılık giderek daha önemli hale gelir.

Geleneksel organik alt tabaka malzemeleri şu zorluklarla karşılaşabilir:

  • çarpılma
  • termal genleşme
  • ince hat desenleme
  • büyük alan boyutsal kontrolü

Cam, bu uygulamalar için birkaç çekici özellik sunar.

Neden Cam Gelişmiş Paketleme İçin İlginçtir

Cam sağlayabilir:

  • mükemmel boyutsal kararlılık
  • kontrollü termal genleşme katsayısı
  • pürüzsüz yüzeyler
  • iyi elektriksel yalıtım
  • büyük panel işleme ile uyumluluk
  • ince hatveli ara bağlantı yapıları potansiyeli

En önemli destekleyici teknolojilerden biri şunlardır:

TGV - Camdan Geçen Via.

Bir TGV, bir cam alt tabakanın kalınlığı boyunca elektrik bağlantıları oluşturur.

Via oluşumundan sonra, delikler dikey elektrik ara bağlantıları oluşturmak için metalize edilebilir.

Bu, camı potansiyel olarak şunlar için uygun hale getirir:

  • cam ara parçalar
  • cam çekirdek alt tabakalar
  • RF paketleri
  • gelişmiş çiplet entegrasyonu
  • yapay zeka hızlandırıcı paketleme

Ancak, cam paketleme yalnızca bir cam wafer üretmekten daha fazlasını gerektirir.

Tam üretim zinciri şunları içerebilir:

cam hazırlama
→ hassas inceltme
→ TGV oluşumu
→ metalizasyon
→ yeniden dağıtım katmanları
→ yapıştırma
→ gelişmiş paketleme

Tüm işlem zincirini kontrol edebilen şirketler, yalnızca ham cam tedarikçilerinden daha fazla değer elde edebilir.

3. HBM Termal Yönetimi Bir Malzeme Sorununa Dönüştürüyor

Yüksek Bant Genişlikli Bellek, yapay zeka donanımının tanımlayıcı teknolojilerinden biri haline geldi.

HBM, birden fazla DRAM kalıbını dikey olarak istifleyerek bellek bant genişliğini artırır.

Bu, geleneksel bellek mimarilerinden daha fazla verinin bellek ve işlemciler arasında hareket etmesini sağlar.

Ancak kaçınılmaz bir sonucu var:

istifleme, termal yönetimi daha zor hale getirir.

Birden fazla silikon kalıbı, kompakt bir dikey yapı içinde ısı üretir.

Aynı zamanda, HBM yığınları tipik olarak yüksek güçlü yapay zeka hızlandırıcılarına çok yakın yerleştirilir.

Bu nedenle, gelişmiş bir yapay zeka paketi sınırlı bir alanda birkaç büyük termal kaynak içerebilir.

Termal performans, paket düzeyinde bir tasarım sorunu haline gelir.

Gelişmiş Paketleme Daha İyi Isı Yayıcı Malzemeler Gerektiriyor

Geleneksel bakır, şu nedenlerle son derece önemlidir:

  • yüksek termal iletkenlik
  • olgun üretim
  • düşük göreceli maliyet
  • iyi işlenebilirlik

Ancak, gelecekteki yüksek güçlü paketler ek yeteneklere sahip malzemeler gerektirebilir.

Potansiyel malzemeler şunları içerir:

  • AlN seramikleri
  • SiC seramikleri
  • Cu-Mo
  • Cu-W
  • CVD elmas
  • Elmas-Bakır kompozitleri
  • gelişmiş termal arayüz malzemeleri

Anahtar malzeme parametreleri giderek artan bir şekilde şunları içerir:

  • termal iletkenlik
  • termal genleşme katsayısı
  • termal arayüz direnci
  • düzlük
  • mekanik sertlik
  • termal döngü altında güvenilirlik

Bu nedenle, termal sorun artık yalnızca daha büyük bir soğutucu takılarak çözülmez.

Yarı iletken kalıbına çok daha yakın başlar.

4. Neden Elmas Yarı İletken Termal Tartışmaya Geri Dönüyor

Elmas, olağanüstü bir özellik nedeniyle yeniden ilgi görüyor:

çok yüksek termal iletkenlik.

Yüksek kaliteli sentetik elmas, ısıyı birçok geleneksel termal yönetim malzemesinden çok daha etkili bir şekilde iletebilir.

Bu, elması yüksek güçlü cihazlardan yoğunlaşan ısıyı gidermek için çekici kılar.

Potansiyel uygulamalar şunları içerir:

  • yapay zeka hızlandırıcıları
  • HPC işlemcileri
  • GaN RF cihazları
  • güç yarı iletken modülleri
  • lazer sistemleri

Ancak, saf elmasın da dezavantajları vardır.

Bunlar şunları içerir:

  • yüksek maliyet
  • zor işleme
  • zor metalizasyon
  • zor yapıştırma
  • sınırlı büyük alan ekonomisi

Sonuç olarak, araştırmacılar ve malzeme tedarikçileri giderek artan bir şekilde hibrit çözümler araştırıyorlar.

Önemli bir örnek şudur:

Elmas-Bakır Kompozit.

Neden Elmas-Bakır İlginçtir

Elmas-bakır kompozitleri, elmas parçacıklarını bir bakır matrisle birleştirir.

Amaç iki özelliği aynı anda elde etmektir:

daha yüksek termal iletkenlik

ve

geleneksel bakırdan daha düşük termal genleşme.

Bu çekicidir çünkü yarı iletken paketleme sıklıkla bir ödünleşmeyle karşı karşıya kalır.

Bakır ısıyı iyi iletir ancak nispeten yüksek bir termal genleşme katsayısına sahiptir.

Tungsten ve molibden gibi düşük CTE'li malzemeler boyutsal kararlılığı artırabilir, ancak bakıra eklendiğinde genellikle termal iletkenliği azaltır.

Elmas, her ikisine de sahip olduğu için farklı bir olasılık sunar:

  • son derece yüksek termal iletkenlik
  • çok düşük termal genleşme

Bu nedenle, prensipte, Elmas/Cu kompozitleri CTE'yi azaltırken termal iletkenliği artırabilir.

Arayüz Elmas İçeriğinden Daha Önemlidir

Bir Elmas-Bakır kompoziti, büyük bir elmas yüzdesi içerdiği için otomatik olarak yüksek performanslı değildir.

En zor sorun, şu arayüzdür:

elmas

ve

bakır.

Bakır doğal olarak elmasla verimli bir şekilde bağlanmaz.

Kötü arayüz teması önemli termal direnç oluşturabilir.

Bu, ısının verimli bir şekilde hareket edemeyeceği anlamına gelir:

bakır → elmas → bakır.

Bu nedenle üreticiler, karbür oluşturan elementleri içeren arayüz mühendisliği teknikleri kullanırlar, örneğin:

  • Ti
  • Cr
  • W
  • Mo
  • Zr

Bu elementler elmas-bakır yapışmasını iyileştirebilir.

Ancak, arayüz katmanı da dikkatlice kontrol edilmelidir.

Çok kalın olursa, arayüzün kendisi bir termal bariyer haline gelebilir.

Bu, gelişmiş yarı iletken malzemelerdeki önemli bir eğilimi göstermektedir:

Gelecekteki performans, yalnızca toplu malzeme özelliklerine değil, giderek artan bir şekilde arayüz mühendisliğine bağlıdır.

5. SiC Önemli Bir Yarı İletken Malzeme Olmaya Devam Ediyor

Yapay zeka büyük ilgi görse de, elektrifikasyon başka bir büyük yarı iletken geçişini yönlendirmeye devam ediyor:

silikon karbür güç cihazlarının genişlemesi.

SiC, şu gibi uygulamalar için önemli hale geldi:

  • elektrikli araçlar
  • EV çekiş invertörleri
  • hızlı şarj
  • güneş invertörleri
  • enerji depolama
  • endüstriyel güç sistemleri
  • yüksek voltajlı güç dönüşümü

Geleneksel silikon güç cihazlarıyla karşılaştırıldığında, SiC şunları sağlayabilir:

  • daha yüksek çalışma voltajı
  • daha yüksek anahtarlama frekansı
  • daha düşük anahtarlama kayıpları
  • daha yüksek sıcaklıkta çalışma
  • daha küçük pasif bileşenler

Ancak SiC endüstrisi olgunlaştıkça, soru değişiyor.

Birkaç yıl önce, tartışma genellikle şunlara odaklanırdı:

SiC, yüksek güçlü uygulamalarda silikonun yerini alabilir mi?

Bugün, daha pratik soru şudur:

SiC üretim maliyeti nasıl düşürülebilir?

SiC Üretimi Bir Verim ve Maliyet Rekabeti Haline Geliyor

SiC alt tabakalarının üretimi zordur.

İşlem zinciri boyunca zorluklar yaşanır:

  • kristal büyümesi
  • dilimleme
  • öğütme
  • laplama
  • CMP
  • temizleme
  • epitaksi
  • wafer denetimi
  • cihaz üretimi

SiC son derece sert ve kırılgandır.

Bu, wafer kesme ve parlatmayı geleneksel silikon işleminden daha yavaş ve daha pahalı hale getirir.

Alt tabaka kusurları ayrıca nihai cihaz verimini de etkileyebilir.

SiC, daha büyük hacimli üretime doğru ilerledikçe, odak giderek şunlara kayıyor:

  • daha büyük wafer çapları
  • daha yüksek kristal kalitesi
  • daha düşük kusur yoğunluğu
  • azaltılmış kerf kaybı
  • daha hızlı parlatma
  • iyileştirilmiş wafer düzlüğü
  • daha iyi işlem verimi

Bu, yalnızca SiC waferların kendisinde değil, SiC malzemeleri ve ekipman tedarik zinciri boyunca fırsatlar olduğu anlamına gelir.

6. GaN Yapay Zeka Güç Sistemlerinde Yeni Fırsatlar Buluyor

Galyum nitrür başka bir büyük geniş bant aralıklı yarı iletkendir.

GaN özellikle şunlar için çekicidir:

  • yüksek anahtarlama frekansı
  • yüksek verimlilik
  • kompakt güç dönüşümü

önemlidir.

Yapay zeka veri merkezleri muazzam miktarda elektrik tüketir.

Bu nedenle, sunucu ve raf mimarisi boyunca güç dönüşümü kaybını azaltmak giderek daha değerlidir.

GaN cihazları, yüksek frekanslı güç dönüşümü uygulamalarında şunlar için kullanılabilir:

  • sunucu güç kaynakları
  • DC-DC dönüştürücüler
  • yüksek yoğunluklu güç adaptörleri
  • telekomünikasyon güç sistemleri

Bu, yapay zeka ile yarı iletken malzemeler arasında başka bir önemli bağlantı yaratır.

Yapay zeka talebi yalnızca işlemcilere olan talebi yaratmaz.

Aynı zamanda bu işlemcileri verimli bir şekilde çalıştırmak için gereken güç elektroniğine olan talebi de artırır.

SiC ve GaN Rekabetçi Olmaktan Çok Tamamlayıcıdır

SiC ve GaN genellikle rakip yarı iletken teknolojileri olarak sunulur.

Uygulamada, genellikle güç elektroniği pazarının farklı bölümlerini ele alırlar.

SiC özellikle şunlarda iyi performans gösterir:

  • yüksek voltajlı uygulamalar
  • yüksek güçlü sistemler
  • otomotiv çekişi
  • şebeke ve endüstriyel güç

GaN şunlar için oldukça çekicidir:

  • yüksek frekanslı anahtarlama
  • kompakt güç dönüştürücüler
  • düşük ila orta voltajlı uygulamalar
  • veri merkezi güç elektroniği

Bu nedenle, gelecekteki güç yarı iletken pazarının şunları kullanması muhtemeldir:

silikon + SiC + GaN

tek bir evrensel malzeme seçmek yerine.

7. Yarı İletken Seramikler Daha Önemli Hale Geliyor

Daha az görünür ancak giderek daha önemli bir kategori de gelişmiş seramik malzemelerdir.

Yarı iletken ekipmanlar, şu gibi bileşenler için hassas seramiklere dayanır:

  • wafer aynaları
  • ısıtıcı plakalar
  • yalıtım bileşenleri
  • plazma odası parçaları
  • wafer taşıyıcıları
  • hassas aşamalar
  • vakum bileşenleri

Önemli malzemeler şunları içerir:

  • Alümina
  • Alüminyum Nitrür
  • Silikon Karbür
  • Silikon Nitrür
  • Yittria

Her malzeme farklı bir mühendislik sorununu çözer.

Alümina

Alümina sunar:

  • mükemmel elektriksel yalıtım
  • iyi kimyasal direnç
  • yüksek sertlik
  • olgun işleme
  • nispeten kontrollü maliyet

En yaygın kullanılan teknik seramiklerden biri olmaya devam ediyor.

Alüminyum Nitrür

AlN, özellikle her ikisinin de olduğu durumlarda çekicidir:

elektriksel yalıtım

ve

yüksek termal iletkenlik

gereklidir.

Bu, onu şunlar için kullanışlı hale getirir:

  • güç yarı iletken alt tabakaları
  • ısıtıcı bileşenleri
  • termal yönetim yapıları
  • elektronik paketleme

SiC Seramik

SiC seramik sağlar:

  • yüksek sertlik
  • yüksek termal iletkenlik
  • düşük termal genleşme
  • mükemmel aşınma direnci
  • yüksek sıcaklık kararlılığı

Bu özellikler, değişen termal koşullar altında boyutsal olarak kararlı kalması gereken yarı iletken ekipman bileşenleri için onu çekici kılar.

Yapay Zeka Daha Önce Ayrı Olan Malzeme Pazarlarını Birleştiriyor

En ilginç yarı iletken eğilimlerinden biri, bir zamanlar nispeten ayrı endüstrilere ait olan malzemelerin aynı sistemin bir parçası haline gelmesidir.

Gelişmiş bir yapay zeka bilgi işlem platformunu düşünün.

Gerektirebilir:

SOI

silikon fotoniği ve optik iletişim için.

Cam

gelecek nesil gelişmiş paketleme için.

HBM

yüksek bant genişlikli bellek için.

AlN veya SiC seramikleri

termal yönetim ve yarı iletken ekipman için.

Elmas bazlı malzemeler

aşırı ısı yayılımı için.

GaN

yüksek verimli veri merkezi güç dönüşümü için.

SiC

yüksek güçlü enerji altyapısı için.

Bu malzemeler tamamen farklı işlevler yerine getirir.

Ancak yapay zeka, onları aynı mühendislik gereksinimleri aracılığıyla birbirine bağlıyor:

  • daha fazla bant genişliği
  • daha fazla entegrasyon
  • daha yüksek güç verimliliği
  • daha düşük termal direnç

İşlem Ölçeklemesinden Sistem Ölçeklemesine

Bu nedenle, yarı iletken endüstrisi daha geniş bir ölçekleme biçimine giriyor.

Geleneksel ölçekleme öncelikle transistörleri küçültmeye odaklandı.

Gelecekteki performans iyileştirmeleri giderek artan bir şekilde şunlara bağlı olacaktır:

**transistör ölçeklenmesi

  • paketleme ölçeklenmesi
  • bellek ölçeklenmesi
  • optik ölçeklenmesi
  • güç ölçeklenmesi
  • termal ölçeklenmesi**

Bu nedenle gelişmiş malzemeler stratejik olarak önemli hale geliyor.

Veri hızla ulaşamazsa daha hızlı bir transistörün faydası sınırlıdır.

Aşırı ısınırsa daha büyük bir yapay zeka hızlandırıcısının faydası sınırlıdır.

Paketleme yoğunluğunun yönetilemez hale gelmesi durumunda daha fazla HBM'nin faydası sınırlıdır.

Gelişmiş paketleme ve malzemeler performans denkleminin bir parçası haline geliyor.

Endüstri Hangi Yarı İletken Malzemeleri İzlemeli?

Birkaç kategori özel dikkat hak ediyor.

Fotoniğin SOI

Silikon fotoniği, yüksek hızlı optik iletişim ve CPO tarafından yönlendirilir.

Cam Alt Tabakalar

Çipletler, HBM, büyük alan gelişmiş paketleme ve TGV teknolojisi tarafından yönlendirilir.

SiC

EV'ler, endüstriyel güç, yenilenebilir enerji ve yüksek voltajlı elektronik tarafından yönlendirilir.

GaN

Yüksek frekanslı güç dönüşümü ve veri merkezi verimliliği tarafından yönlendirilir.

Yüksek Termal İletkenlikli Seramikler

Güç yoğunluğu ve gelişmiş yarı iletken ekipmanlar tarafından yönlendirilir.

Elmas Bazlı Termal Malzemeler

Yapay zeka, RF ve yüksek güçlü cihazlardaki aşırı ısı akışı tarafından yönlendirilir.

Bu malzemeler silikonun yerini almayacaktır.

Bunun yerine, silikonu giderek daha fazla çevreleyecek ve sistem düzeyinde ölçeklenmeye devam etmesini sağlayacaktır.

Sonuç

Yapay zeka yarı iletken devrimi bir malzeme devrimine dönüşüyor.

Onlarca yıldır endüstrinin en önemli sorusu şuydu:

Transistörü ne kadar küçültebiliriz?

Bu soru hala önemli.

Ancak artık yeterli değil.

Gelecek nesil yarı iletken sistemler de şunları yanıtlamalıdır:

Veri ne kadar hızlı hareket edebilir?

Birden fazla kalıp ne kadar yakından entegre edilebilir?

Güç ne kadar verimli dönüştürülebilir?

Isı ne kadar hızlı giderilebilir?

Bu sorular, SOI waferların, cam alt tabakaların, SiC, GaN, gelişmiş seramiklerin ve elmas bazlı termal malzemelerin önemini artırıyor.

Bu nedenle, yarı iletken performansının geleceği yalnızca daha iyi çiplerle değil, bu çiplerin etrafındaki daha iyi malzemelerle de belirlenecektir.

Rekabetin bir sonraki aşaması, tek bir malzeme atılımından çok, birden fazla özel malzemenin tek bir yüksek performanslı sisteme entegre edilme yeteneği ile tanımlanabilir.

Yapay zeka çağında, yarı iletken inovasyonu yalnızca çiplerin küçültülmesinin ötesine geçiyor.

Artık çiplerin daha hızlı iletişim kurmasını, daha yoğun paketlenmesini, daha verimli güç tüketmesini ve daha düşük sıcaklıklarda çalışmasını sağlamakla ilgili.