Halsen af AI-computerkraft er ved at blive kvalt afmaterialer.
Intel CEO Lip-Bu Tan har udnævnt diamant, siliciumcarbid (SiC), indiumphosphid (InP), galliumnitrid (GaN) og glassubstrater som fem nøglematerialer, der er afgørende for at bryde flaskehalsen. I mellemtiden har industriens insidere direkte advaret: "Utilstrækkelig InP-laserproduktionskapacitet er det centrale chokepunkt for co-pakket optik (CPO)."
Det betyder, at uanset hvor kraftfulde Nvidias GB200/300-chips er, uden understøttelse af avancerede materialer, kan data simpelthen ikke flyde med høj hastighed.
Dette er ikke kun et kapacitetsspørgsmål – det er en udfordring, der skubber grænserne for materialevidenskab. Fra SiC/GaN-strømforsyning og glas-substratemballage (som fremhævet af Tan), til lithiumniobat og SOI til optiske sammenkoblingsløsninger og diamant- og keramiske substrater til varmeafledning under ekstreme strømbelastninger,materialerer blevet den usynlige slagmark i anden halvdel af AI. Den, der slår igennem først, vil have nøglen til computerdominans.
Diamant
Efterhånden som AI-computerkraft accelererer med en rasende hastighed, bliver varmeafledning i high-chips stadig mere alvorlig. Nvidias Rubin Ultra forventes for eksempel at overstige 2.300 W pr. chip, med lokale varmefluxtætheder, der overstiger 1.000 W/cm² – et næsten ufatteligt varmeniveau. Traditionelle varmespredere af kobber og aluminium er ved at nå deres fysiske grænser. Diamond har med sin ultra-høje termiske ledningsevne vist sig som en førende kandidat blandt nye halvledermaterialer.
Almindeligt kendt for sin ekstreme hårdhed – det hårdeste naturligt forekommende stof, med en Mohs hårdhed på 10 – diamant er også en af naturens bedste termiske ledere, med en varmeledningsevne på op til 2.200 W/(m·K), 5,5 gange så stor som kobber og 11 gange aluminium. Det er også en elektrisk isolator, og dens termiske udvidelseskoefficient svarer nøje til silicium, SiC og GaN. Iagttagere fra industrien har bemærket: når en enkelt-chip-effekt overstiger 1.400 W, er diamant ikke længere en "mulighed" – den bliver en "nødvendighed".
Nvidias næste-generation Vera Rubin arkitektur GPU'er har fuldt ud adopteret en "diamant-kobber kompositmateriale + 45 graders direkte-kontakt væskekøling"-løsning, og industrien har endda markeret 2026 som det "første år med stor-diamantvarmeafledningsadoption."
Siliciumcarbid (SiC)
AI-datacentrets rack-effekt stiger fra titusinder af kilowatt til hundredvis af kilowatt, med megawatt-skalastativer i horisonten. Efterhånden som strøm- og spændingsniveauer stiger, lider traditionel silicium-baseret strømkonvertering under svimlende tab. Desuden kræver kunstig intelligens materialer, der afleder varme hurtigt, forbruger mindre strøm, optager minimal plads og modstår høje temperaturer.
SiC tilbyder høj gennembrudsspænding, stabil ydeevne ved høje temperaturer og koblingstab langt lavere end silicium. Dens kompakte enheds fodaftryk og fremragende pålidelighed gør den til det ideelle valg til 800V høj- DC (HVDC)-arkitekturer – der opnår effektiviteter på over 97 % i højspændingsindgangsretificering og PFC-trin (power factor correction) og reducerer transmissionstab med over 30 % i HVDC-systemer. Nye datacentre bygget af Nvidia, Microsoft og andre teknologigiganter har allerede adopteret SiC-baserede strømarkitekturer som standard. Indenlandske kinesiske producenter som TankeBlue Semiconductor accelererer 8-tommer substrat og epitaksial masseproduktion for at reducere omkostningerne til wafer.
Galliumnitrid (GaN)
GaN og SiC danner en klar "høj-spænding vs. lav-spænding" division: SiC forbliver i serverrummet, mens GaN flytter ind i rackene.
GaN har høj elektronmobilitet og enestående effekttæthed, som udmærker sig ved høj-frekvens, lav-spænding og høj-tæthed. I GPU-strømmoduler,-højfrekvente DC-DC-konvertere og serverstrømforsyninger – hvor plads og responshastighed er kritisk – kan GaN reducere strømforsyningsstørrelsen og samtidig øge strømtætheden. Samsungs 8-tommer GaN-proces har allerede opnået en omkostningsreduktion på 30 % og accelererer sin tilpasning til storskala datacenterimplementering.
Indiumphosphide (InP)
Indiumphosphid er uerstattelig – det er det eneste masse-substratmateriale til laser- og fotodetektorchips, der passer perfekt til 1310nm og 1550nm lavt-tabsvinduer for fiberoptisk-kommunikation. På CPO-domænet integrerer industriens mainstream-tilgang optiske motorer og elektriske chips på det samme substrat, og de høj-lysudsendende enheder- i kernen af CPO stoler 100 % på InP-lasere.
For at vende tilbage til den branchechefs advarsel: bag disse ord ligger et skarpt sæt tal. I 2025 er den globale efterspørgsel efter InP-substrat estimeret til 2,0-2,1 millioner stykker, mens det effektive udbud kun er 600.000-700.000 stykker – et udbuds-efterspørgselsgab på over 70 %, der forventes at vare ved indtil 2030. Goldman Sachs har udstedt et endnu mere "L2-direkte"-udbud: og begynder muligvis først at balancere i anden halvdel af 2028, efterhånden som kapacitetsudvidelser i forsyningskæden kommer online."
Tynd-Film Lithium Niobate (TFLN)
Ved at udnytte den stærke lineære elektro-optiske effekt (Pockels-effekt) af lithiumniobat muliggør tynd-filmlithiumniobat høj-båndbredde, høj-linearitet (høj-fidelitet) optisk signalmodulation ved lave drivspændinger. Dette gør det godt-egnet til mellemlang- til lang-optisk transmissionsapplikationer med høj-båndbredde, såsom backbone-netværk og metronetværk. Derudover giver dens høje brydningsindekskontrast og fremragende optiske indeslutning mulighed for højere integration, hvilket forbedrer enhedsstørrelse og strømforbrug.
I optiske modulatorer tilbyder tynd-filmlithiumniobat en elektro-optisk koefficient, der er tre gange så stor som InP og over hundrede gange større end siliciumfotonik. Med kun 1,8V kan den opnå ultra-høj-modulation ud over 100GHz, hvilket reducerer strømforbruget med 30-50 %, mens en enkelt kanal nemt kan køre ved 400G.
Efterhånden som AI-computerkraften eksploderer, kører optiske sammenkoblinger til datacentre fra 400G til 800G, 1.6T og 3.2T. Ydeevnebegrænsningerne for traditionelle materialer bliver mere og mere tydelige, og tynd-filmlithiumniobat er klar til at blive et kritisk materiale til næste-generations høj-optisk transmissionsmodulation. I øjeblikket har kun fire virksomheder på verdensplan mestret masse-produktionskapaciteter for 8-tommer høje-wafere med en udbuds-efterspørgselsforskel på over 70 %.
SOI (silicium-på-isolator)
Hvis silicium er "kødet" af en chip, er SOI "skelettet" af siliciumfotonik. Denne "top-silicium-begravede oxid-substrat"-sandwichstruktur, ved at indsætte et siliciumdioxid-isoleringslag under siliciumlaget, eliminerer fuldstændig krydstale mellem elektroner og fotoner. Det reducerer parasitisk kapacitans med over 60 %, hvilket tillader elektriske signaler at køre hurtigere og mere effektivt. Endnu vigtigere er det, at den store brydningsindeksforskel mellem det øverste silicium og oxidlaget naturligt danner "væggene" af en optisk bølgeleder, hvilket gør det muligt for optiske signaler at bøje og transmittere med minimalt tab på chippen.
I AI-æraen er SOI det uerstattelige kernesubstrat til fremstilling af optiske moduler, CPO-motorer og kvantechips. Den globale produktionskapacitet er stærkt koncentreret i det franske Soitec, hvilket gør lokal lokalisering til en presserende prioritet.
Glasunderlag
Efterhånden som GPU'er, HBM og chiplet-stabling driver pakning mod store formfaktorer, høj tæthed og høj{0}}hastighedsforbindelser, står traditionelle organiske substrater og siliciuminterposers i stigende grad over for begrænsninger i størrelse, omkostninger og ydeevne.
Glassubstrater, gennem glasvias (TGV) til vertikal elektrisk sammenkobling, udfylder præcist markedskløften mellem organiske substrater og siliciuminterposers. De tilbyder en afstembar termisk udvidelseskoefficient (matchet med siliciumchips), ekstremt lavt dielektrisk tab og ultra-høj overfladeplanhed. Intels test har vist, at de kan reducere mønsterforvrængning med 50 % og øge sammenkoblingstætheden med op til 10 gange.
Globale halvlederledere accelererer hurtigt deres investeringer – Intel, TSMC, Samsung Electro-Mechanics, SK Group og LG Group er alle gået ind på arenaen og sætter gang i et kommercielt kapløb omkring glassubstrater.
Keramiske underlag
I integreret emballage med høj-densitet genererer enheder med høj-effekt samtidig enorme mængder koncentreret varme, og emballagesubstratet er den primære-varmeafledende komponent. Da AI-chipeffekten krydser tærsklen på 2.000 W, står traditionelle FR-4 organiske substrater med deres dårlige termiske ledningsevne (kun 0,3 W/(m·K)) og termisk ekspansionsmismatch ud for alvorlige forvridninger og delamineringsrisici. Keramiske substrater, med deres iboende fordele med høj termisk ledningsevne, høj elektrisk isolering og fremragende termisk matchning, er blevet en nødvendighed for scenarier med høj effekt.
Blandt dem er aluminiumnitrid (AlN), med en termisk ledningsevne på 170-220 W/(m·K), det bedste valg til varmeafledning i 800G/1,6T højhastigheds-optiske moduler. Siliciumnitrid (Si₃N₄) tjener med sin fremragende bøjningsstyrke og termiske stødmodstand som emballagegrundlaget for SiC/GaN høj-effektmoduler.