现在的AI算力竞赛已经不单纯是比拼芯片制程，散热正在成为制约性能释放最难啃的硬骨头。英伟达H100和AMD MI300X这些顶级GPU的功耗普遍迈过了400W门槛，接下来的Blackwell Ultra乃至Rubin架构，单卡功耗预计会直接飙升到1800W到2500W以上，这几乎触及了传统硅基材料散热的物理极限。在这样的现实压力下，散热载板的材料升级是关乎算力能否继续增长的必答题。
本次梳理围绕碳化硅在先进封装散热中的新角色展开，统计了全球供需格局切换的最新数据，并列举了国内率先突破12英寸关键技术的领军企业。
全球算力需求正在经历结构性的爆发，华为预测到2035年全社会算力需求将提升10万倍，AI存储容量需提升500倍。从2020年GPT-3问世以来，模型训练所需的数据量已跨入TB级并向PB级迈进。这种参数爆炸带来的直接后果就是硬件负荷的非线性上升，每一代新模型的迭代周期缩短至半年左右，而芯片的物理极限却日益逼近。
单纯依赖缩小晶体管尺寸来提升性能的做法正面临经济性瓶颈。在5nm工艺节点下，单片晶圆的价格已经突破1.2万美元，芯片设计成本更是高达54.2亿美元。到了3nm节点，单片晶圆价格进一步攀升至1.55万美元，晶体管成本的下降幅度明显收窄。更严峻的是技术层面Kaiyun的挑战，当制程接近原子尺度，量子隧穿效应会导致严重的漏电和逻辑错误，经典的物理规律开始失效。
为了突破这些限制，产业界将希望寄托在以Chiplet为代表的先进封装上。台积电的CoWoS技术通过高密度互连，将GPU与高带宽内存HBM垂直堆叠或并排放置在硅中介层上。英伟达A100的显存带宽因此能达到每秒1.6TB以上。但高密度集成虽然解决了带宽问题，却引发了严重的功耗墙挑战。多核堆叠导致热量在有限空间内极度集中，热传导路径上的热阻成为了限制芯片频率提升的核心分水岭。
散热结构的升级已成为热管理升维至系统级创新的核心。在现有的CoWoS封装中，硅中介层是连接逻辑芯片与存储单元的桥梁，但硅材料自身的热导率仅为150W/mK左右，在面对千瓦级芯片产生的局部热流密度时已捉襟见肘。原本被视为散热终极方案的金刚石，虽然理论热导率高达10W/cm·K，但其生长速度每小时仅有1-2微米，且加工成本高昂、掺杂工艺极难，短期内根本无法实现大规模量产。
相比之下，碳化硅凭借优异的综合性能和成熟的产线兼容性，成为了最具前景的替代方案。碳化硅的热导率达到4.9W/cm·K，约为硅的3倍，且具备高杨氏模量和低热膨胀系数。在物理特性对比中，碳化硅的莫氏硬度为9.5，熔点高达2700°C，远高于硅的1414°C。这意味着在高温高压的算力环境下，碳化硅能维持更卓越的结构稳定性和导热效能。
技术细节上，碳化硅在通孔加工方面也展现出巨大潜力。通过激光辅助通孔技术，可以在晶圆表面利用双光子吸收效应构建高纵横比、高密度的三维热通道。实验数据显示，在经历温度循环时，碳化硅衬底所承受的径向应力与轴向应变均显著低于硅材料，能有效抑制传统硅基封装中常见的翘曲和开裂问题，保障系统的长期可靠性。据行业消息，英伟达计划在2027年的新一代GPU中引入12英寸碳化硅衬底，而台积电也在同步研发单晶碳化硅散热载板，这标志着该技术正加速走向量产准备阶段。
碳化硅产业正处于从新能源驱动向算力需求拉动的换挡期。过去十年，新能源汽车、光伏逆变器是其核心增长点，而现在算力散热开辟了全新的成长曲线。全球碳化硅衬底市场规模预计将从2020年的30亿元人民币猛增至2030年的585亿元人民币，年复合增长率高达37.1%。其中导电型衬底占比虽大，但半绝缘型衬底在算力散热领域的价值正在快速释放。
具体到AI应用场景，台积电作为CoWoS产能的主力军，预计2026年产能将扩充至每月100万片。根据测算，若其中30%的封装方案更换为碳化硅中介层，对应的市场空间将超过9亿美元；若实现全面替代，潜在市场规模可达30亿美元以上，这已经超过了当前功率与射频应用的市场总和。这种需求的长期确定性极高，因为每一代AI芯片的功耗提升都会对散热材料提出更严苛的要求，形成算力提升驱动材料升级的正向循环。
目前，全球碳化硅器件市场在XEV电动汽车领域的应用依然强劲，2024年预估规模将超过30亿美元，并在2030年冲向150亿美元关口。在半绝缘型射频器件市场，受5G基站和雷达系统驱动，2024年规模约为11.2亿美元，到2030年预计增至32亿美元。当AI散热这一新增量加入后，整个产业链的技术迁移风险极低，产业化路径非常清晰。
全球碳化硅供应链的主导权正在加速向中国转移，这是一个极为关键的投资风向标。曾经的国际龙头Wolfspeed因扩产节奏失控和持续巨额亏损，净利润从2016年的-0.22亿美元一路滑坡至2025年的-16.09亿美元，最终正式启动破产重组程序。这为国产供应链的崛起腾出了巨大的高端市场窗口。
国内企业在大尺寸技术路线上实现了率先突破。天岳先进已成功研制出12英寸半绝缘型、N型及P型碳化硅衬底，实现了全品类的研发覆盖。晶盛机电通过子公司建设了国内首条12英寸碳化硅衬底加工中试线，打通了从长晶到加工的全流程。三安光电也已生产出12英寸衬底工程样品，进入研发验证阶段，其在8英寸衬底及外延环节已经具备小规模量产能力。
从产能规模看，这些龙头企业正在加速跑马圈地。晶盛机电规划产能达到90万片/年，三安光电规划68.4万片/年，天岳先进则为41.02万片/年且已实现投产。中国企业凭借本土制造的成本优势、快速的技术迭代以及与华为、比亚迪、英伟达等下游巨头的深度绑定，有望在新一轮算力红利中攫取超额收益。
