목차
1. AI 칩의 열 방출 병목 현상과 탄화규소 소재의 획기적인 발전
2. 탄화규소 기판의 특징 및 기술적 장점
3. NVIDIA와 TSMC의 전략 계획 및 공동 개발
4. 구현 경로 및 주요 기술적 과제
5. 시장 전망 및 생산능력 확장
6. 공급망 및 관련 회사 성과에 미치는 영향
7. 탄화규소의 광범위한 응용 분야 및 전체 시장 규모
8. XKH의 맞춤형 솔루션 및 제품 지원
미래 인공지능 칩의 열 방출 병목 현상은 탄화규소(SiC) 기판 소재를 통해 극복되고 있다.
외신 보도에 따르면, 엔비디아는 차세대 프로세서의 CoWoS 첨단 패키징 공정에 사용되는 중간 기판 소재를 탄화규소(SiC)로 교체할 계획입니다. TSMC는 주요 제조업체들을 초청하여 SiC 중간 기판 제조 기술을 공동 개발하고 있습니다.
주된 이유는 현재 AI 칩의 성능 향상이 물리적 한계에 부딪혔기 때문입니다. GPU 성능이 향상됨에 따라 여러 칩을 실리콘 인터포저에 통합하면 극도로 높은 열 방출 요구량이 발생합니다. 칩 내부에서 발생하는 열이 한계에 다다르고 있으며, 기존의 실리콘 인터포저는 이러한 문제를 효과적으로 해결할 수 없습니다.
NVIDIA 프로세서, 방열 소재 변경! 실리콘 카바이드 기판 수요 폭발 전망! 실리콘 카바이드는 넓은 밴드갭 반도체로, 고유한 물리적 특성 덕분에 고전력 및 고온 환경에서 탁월한 성능을 발휘합니다. GPU 고급 패키징 분야에서 실리콘 카바이드는 두 가지 핵심적인 장점을 제공합니다.
1. 열 방출 능력: 실리콘 인터포저를 SiC 인터포저로 교체하면 열 저항을 거의 70%까지 줄일 수 있습니다.
2. 효율적인 전력 아키텍처: SiC는 더욱 효율적이고 소형화된 전압 조정기 모듈 제작을 가능하게 하여 전력 전달 경로를 크게 단축하고 회로 손실을 줄이며 AI 컴퓨팅 부하에 대해 더욱 빠르고 안정적인 동적 전류 응답을 제공합니다.
이러한 변화는 지속적으로 증가하는 GPU 성능으로 인해 발생하는 열 방출 문제를 해결하여 고성능 컴퓨팅 칩에 보다 효율적인 솔루션을 제공하는 것을 목표로 합니다.
탄화규소의 열전도율은 실리콘보다 2~3배 높아 열 관리 효율을 효과적으로 향상시키고 고출력 칩의 방열 문제를 해결합니다. 이러한 탁월한 열 성능 덕분에 GPU 칩의 접합부 온도를 20~30°C 낮춰 고성능 컴퓨팅 환경에서 안정성을 크게 향상시킬 수 있습니다.
구현 경로 및 과제
공급망 소식통에 따르면 NVIDIA는 이러한 소재 변환을 두 단계에 걸쳐 구현할 예정입니다.
• 2025-2026년: 1세대 Rubin GPU는 여전히 실리콘 인터포저를 사용할 예정입니다. TSMC는 주요 제조업체들을 초청하여 SiC 인터포저 제조 기술을 공동 개발할 계획입니다.
• 2027년: SiC 인터포저가 첨단 패키징 공정에 공식적으로 통합될 예정입니다.
하지만 이 계획은 특히 제조 공정에서 많은 어려움에 직면해 있습니다. 탄화규소(SiC)는 다이아몬드와 경도가 비슷하여 매우 높은 수준의 절삭 기술이 필요합니다. 절삭 기술이 미흡할 경우 SiC 표면이 울퉁불퉁해져 첨단 포장재로 사용할 수 없게 될 수 있습니다. 일본의 DISCO와 같은 장비 제조업체들은 이러한 문제를 해결하기 위해 새로운 레이저 절단 장비 개발에 힘쓰고 있습니다.
향후 전망
현재 SiC 인터포저 기술은 가장 진보된 AI 칩에 우선적으로 사용될 예정입니다. TSMC는 2027년에 더 많은 프로세서와 메모리를 통합하기 위해 인터포저 면적을 14,400mm²까지 늘리는 7배 레티클 CoWoS를 출시할 계획이며, 이는 기판 수요 증가를 견인할 것입니다.
모건 스탠리는 전 세계 CoWoS(Co-Wide-of-Ship) 패키징 생산 능력이 2024년 12인치 웨이퍼 월 3만 8천 개에서 2025년 8만 3천 개, 2026년 11만 2천 개로 급증할 것으로 예측합니다. 이러한 성장은 SiC 인터포저에 대한 수요를 직접적으로 증가시킬 것입니다.
현재 12인치 SiC 기판은 가격이 비싸지만, 대량 생산 규모가 확대되고 기술이 성숙해짐에 따라 가격이 점차 합리적인 수준으로 하락하여 대규모 응용 분야가 가능해질 것으로 예상됩니다.
SiC 인터포저는 열 방출 문제를 해결할 뿐만 아니라 집적 밀도를 크게 향상시킵니다. 12인치 SiC 기판의 면적은 8인치 기판보다 거의 90% 더 크기 때문에 단일 인터포저에 더 많은 칩렛 모듈을 통합할 수 있으며, NVIDIA의 7x 레티클 CoWoS 패키징 요구 사항을 직접적으로 충족합니다.
TSMC는 DISCO와 같은 일본 기업들과 협력하여 SiC 인터포저 제조 기술을 개발하고 있습니다. 새로운 장비가 도입되면 SiC 인터포저 제조가 더욱 원활하게 진행될 것이며, 2027년에는 첨단 패키징 분야에 적용될 것으로 예상됩니다.
이 소식에 힘입어 9월 5일 SiC 관련 주식이 강세를 보이며 지수가 5.76% 상승했습니다. Tianyue Advanced, Luxshare Precision, Tiantong Co. 등의 기업은 상한가를 기록했고, Jingsheng Mechanical & Electrical과 Yintang Intelligent Control은 10% 이상 급등했습니다.
데일리 이코노믹 뉴스에 따르면, 엔비디아는 성능 향상을 위해 차세대 루빈 프로세서 개발 계획에서 CoWoS 고급 패키징 공정의 중간 기판 소재를 탄화규소로 교체할 계획입니다.
공개된 정보에 따르면 탄화규소(SiC)는 우수한 물리적 특성을 지니고 있습니다. 실리콘 소자와 비교했을 때, SiC 소자는 높은 전력 밀도, 낮은 전력 손실, 탁월한 고온 안정성 등의 장점을 제공합니다. 톈펑증권에 따르면, SiC 산업 사슬은 상류 단계에서 SiC 기판 및 에피택셜 웨이퍼 제조를 포함하고, 중류 단계에서는 SiC 전력 소자 및 RF 소자의 설계, 제조, 패키징/테스트를 포함합니다.
하류 부문에서 SiC 응용 분야는 신에너지 자동차, 태양광 발전, 산업 제조, 운송, 통신 기지국, 레이더 등 10개 이상의 산업 분야에 걸쳐 광범위합니다. 그중에서도 자동차 산업은 SiC의 핵심 응용 분야가 될 것입니다. 아이젠증권에 따르면, 2028년까지 자동차 부문은 전 세계 전력 SiC 소자 시장의 74%를 차지할 것으로 예상됩니다.
Yole Intelligence에 따르면, 전체 시장 규모 측면에서 전 세계 전도성 및 반절연성 SiC 기판 시장 규모는 2022년 각각 5억 1,200만 달러와 2억 4,200만 달러였습니다. 2026년까지 전 세계 SiC 시장 규모는 20억 5,300만 달러에 이를 것으로 예상되며, 전도성 및 반절연성 SiC 기판 시장 규모는 각각 16억 2,000만 달러와 4억 3,300만 달러에 이를 것으로 전망됩니다. 2022년부터 2026년까지 전도성 및 반절연성 SiC 기판의 연평균 성장률(CAGR)은 각각 33.37%와 15.66%로 예상됩니다.
XKH는 실리콘 카바이드(SiC) 제품의 맞춤형 개발 및 글로벌 판매를 전문으로 하며, 전도성 및 반절연성 실리콘 카바이드 기판 모두에 대해 2~12인치에 이르는 다양한 크기를 제공합니다. 결정 방향, 저항률(10⁻³~10¹⁰ Ω·cm), 두께(350~2000μm) 등의 매개변수에 대한 맞춤형 제작을 지원합니다. 당사 제품은 신에너지 자동차, 태양광 인버터, 산업용 모터 등 첨단 분야에 널리 사용됩니다. 강력한 공급망 시스템과 기술 지원팀을 바탕으로 신속한 대응과 정확한 납품을 보장하여 고객의 장치 성능 향상 및 시스템 비용 최적화를 지원합니다.
게시 시간: 2025년 9월 12일