如今，AI算力競賽愈演愈烈。從ChatGPT動輒千億參數(shù)的模型訓(xùn)練，到數(shù)據(jù)中心里一排排晝夜運(yùn)轉(zhuǎn)的算力集群，我們總在驚嘆AI“更快、更強(qiáng)”的突破，卻常常忽略一個致命難題：算力翻倍，功耗和熱量也跟著翻倍！

來源：天岳先進(jìn)

傳統(tǒng)硅基芯片早已摸到物理天花板，根本扛不住AI爆發(fā)式的算力需求。而碳化硅（SiC）——第三代半導(dǎo)體的核心材料，正悄悄化解AI“算力強(qiáng)、功耗高、散熱難”的死結(jié)，成為支撐AI產(chǎn)業(yè)狂奔的“隱形功臣”。

今天，我們就來聊聊碳化硅到底是何方神圣，在AI領(lǐng)域有哪些“神操作”，未來又能掀起多大風(fēng)浪。

為什么是碳化硅？

AI的“剛需”它全拿捏

AI對材料的要求特別苛刻：散熱要快、耗電要少、個頭要小、還得耐高溫。而碳化硅，簡直是為AI量身定制的“天選材料”。

散熱超強(qiáng)

碳化硅的熱導(dǎo)率約為硅的3倍。這意味著在相同散熱條件下，它能夠以更快的速度將熱量傳導(dǎo)出去，散熱效果極為出色。因此，碳化硅器件能夠在更高的環(huán)境溫度下穩(wěn)定工作，理論上可在175℃結(jié)溫下正常運(yùn)行。這不僅提升了器件的可靠性與穩(wěn)定性，還能減少對散熱系統(tǒng)的依賴，降低系統(tǒng)成本與體積。在高功率應(yīng)用中，熱量是“頭號殺手”。碳化硅能快速導(dǎo)出AI芯片工作時產(chǎn)生的大量熱量，避免芯片因過熱降頻、損壞，解決數(shù)據(jù)中心“散熱難”的核心痛點(diǎn)。

功耗極低

在關(guān)斷過程中，碳化硅器件不存在電流拖尾現(xiàn)象，開關(guān)損耗低。不僅如此，其實(shí)際應(yīng)用的開關(guān)頻率可高達(dá)硅器件的10倍，這使得系統(tǒng)響應(yīng)速度更快、控制精度更高，在高頻應(yīng)用領(lǐng)域優(yōu)勢盡顯。能大幅提升AI供電系統(tǒng)效率，幫數(shù)據(jù)中心降低電費(fèi)成本，契合“雙碳”目標(biāo)。

來源：Wolfspeed

體積小巧

碳化硅擊穿電場強(qiáng)度是硅的10倍，更高的工作頻率，還能讓電路中的變壓器、電感等磁性元件體積大幅減小，助力電力電子裝置實(shí)現(xiàn)小型化與輕量化。適配AI芯片高密度堆疊、邊緣AI設(shè)備“小巧便攜”的需求。

穩(wěn)定性優(yōu)異

碳化硅具備極高的熱穩(wěn)定性，可在200℃以上甚至更高的溫度環(huán)境中長時間穩(wěn)定工作。能在數(shù)據(jù)中心、工業(yè)極端環(huán)境下穩(wěn)定運(yùn)行，減少設(shè)備故障。

全鏈滲透

碳化硅深度賦能AI產(chǎn)業(yè)鏈

憑借上述優(yōu)勢，碳化硅正深度滲透AI產(chǎn)業(yè)鏈。

AI數(shù)據(jù)中心

AI算力的指數(shù)級爆發(fā)，正倒逼數(shù)據(jù)中心進(jìn)行供電架構(gòu)的革命性升級，能耗與供電效率成為首要矛盾。

根據(jù)弗若斯特沙利文的數(shù)據(jù)，至2030年全球AI數(shù)據(jù)中心容量將增長至299GW，較2023年凈增加244GW，2023年至2030年復(fù)合年增長率達(dá)到27.4%，數(shù)據(jù)中心耗電量占全球電力消費(fèi)比例將由1.4%提升至10.0%。降能耗、提能效，已成為AI數(shù)據(jù)中心的首要任務(wù)。

來源：NVIDIA

2025年5月英偉達(dá)已宣布數(shù)據(jù)中心電源架構(gòu)將從當(dāng)前的54V機(jī)架供電向800V高壓直流過渡，這一升級進(jìn)一步放大了碳化硅的核心價值——800V高壓直流架構(gòu)需適配兆瓦級AI機(jī)柜供電，傳統(tǒng)硅基器件已逼近物理極限，而碳化硅憑借高耐壓、低損耗、強(qiáng)散熱的特性成為核心適配器件，單臺固態(tài)變壓器中碳化硅器件用量可達(dá)數(shù)百顆，直接拉動高端碳化硅器件需求爆發(fā)。

目前，英飛凌推出的數(shù)據(jù)中心電源（PSU）已廣泛采用碳化硅功率器件，單臺固態(tài)變壓器中碳化硅器件用量可達(dá)數(shù)百顆，直接拉動高端碳化硅需求爆發(fā)。同時，高壓架構(gòu)升級倒逼碳化硅向8英寸及以上大尺寸襯底、高可靠性方向迭代，為國內(nèi)企業(yè)帶來國產(chǎn)替代黃金機(jī)遇。

先進(jìn)封裝

在先進(jìn)封裝與高端散熱領(lǐng)域，碳化硅憑借高導(dǎo)熱、耐高溫特性，可用于半導(dǎo)體散熱部件、先進(jìn)封裝中介層等方向。隨著AI芯片性能提升，單芯片功耗突破1000W已成常態(tài)，傳統(tǒng)硅中介層的導(dǎo)熱能力早已不堪重負(fù)，熱管理成為先進(jìn)封裝的核心難題，碳化硅的價值再次凸顯。

此前，臺積電將大尺寸CoWoS先進(jìn)封裝列為核心戰(zhàn)略，規(guī)劃2026年、2027年分別推出5.5倍與9.5倍光罩尺寸方案，支撐12層HBM及多芯片集成。而碳化硅熱導(dǎo)率是硅的3倍，替代硅作為封裝中介層，能帶來革命性散熱效果。據(jù)長江證券預(yù)測，2026年臺積電CoWoS產(chǎn)能將達(dá)每月100萬片，若30%采用碳化硅方案，潛在市場空間超10億美元。

但是，也有業(yè)內(nèi)人士指出，碳化硅并未被臺積電采用作為先進(jìn)封裝中介層材料，這源于技術(shù)路線的根本性轉(zhuǎn)變——在臺積電CoWoS-L及后續(xù)方案中，中介層的核心功能被重新定義為高密度電氣互連，其材料須具備優(yōu)異的可加工性、低成本和與現(xiàn)有工藝的兼容性，環(huán)氧樹脂和玻璃在這些方面比碳化硅更具優(yōu)勢；同時，高熱流密度芯片的散熱任務(wù)，已從依賴中介層材料傳導(dǎo)，轉(zhuǎn)變?yōu)橛蓪Ｓ玫纳豳N片（如金剛石）和先進(jìn)的液冷系統(tǒng)直接承擔(dān)，無需中介層再追求極高熱導(dǎo)率，加之碳化硅晶圓成本遠(yuǎn)高于有機(jī)材料和玻璃，與主流硅工藝線兼容性挑戰(zhàn)更大，因此臺積電選擇了更經(jīng)濟(jì)、易集成的材料。

來源：Pixabay

不過碳化硅并未退出先進(jìn)封裝領(lǐng)域，盡管在臺積電的中介層路線中受挫，但碳化硅憑借其優(yōu)異的物理性能，在先進(jìn)封裝的其他環(huán)節(jié)仍被產(chǎn)業(yè)界探索。

在需要極致散熱的特定場景(如高功率激光器)，碳化硅作為熱沉已實(shí)現(xiàn)批量應(yīng)用；

此外，全球碳化硅龍頭Wolfspeed在2026年1月成功生產(chǎn)出單晶300mm碳化硅晶圓，正在與人工智能(AI)生態(tài)系統(tǒng)合作伙伴展開合作，探索300mm碳化硅襯底如何助力解決正日益限制下一代人工智能(AI)和高性能計(jì)算(HPC)封裝架構(gòu)的熱學(xué)、機(jī)械和電氣性能瓶頸；

天岳先進(jìn)稱，公司目前已成功將半絕緣碳化硅襯底應(yīng)用于高功率激光器芯片的散熱層，并已形成批量出貨，驗(yàn)證了碳化硅作為散熱材料在產(chǎn)業(yè)端規(guī)模化應(yīng)用的可行性。并持續(xù)在AI、數(shù)據(jù)中心和先進(jìn)散熱部件等新應(yīng)用場景推動技術(shù)突破。這類應(yīng)用本質(zhì)上是利用碳化硅在熱管理和材料穩(wěn)定性方面的優(yōu)勢，服務(wù)于AI算力中心高功率、高散熱密度場景；

三安光電亦稱，12英寸碳化硅襯底正配合頭部客戶開展下一代AI芯片封裝驗(yàn)證，有望成為先進(jìn)封裝方案的主流選擇。這表明在臺積電的主流路線之外，碳化硅可能在特定客戶或差異化方案中尋找應(yīng)用空間。

AI終端設(shè)備

除數(shù)據(jù)中心與先進(jìn)封裝外，AI終端同樣受益于碳化硅，AR眼鏡作為代表性場景，借碳化硅實(shí)現(xiàn)體驗(yàn)升級。

在AR眼鏡領(lǐng)域，碳化硅材料可應(yīng)用于AR眼鏡的光波導(dǎo)鏡片中。碳化硅材料折射率顯著高于高折射率玻璃和鈮酸鋰，可以實(shí)現(xiàn)更大的視角及更簡單的全彩顯示結(jié)構(gòu)，其高導(dǎo)熱率可以系統(tǒng)性解決AR眼鏡的散熱難題，此外，其可以減少AR眼鏡的尺寸和重量，從而顯著提升AR眼鏡的用戶體驗(yàn)。

來源：雷鳥創(chuàng)新

伴隨AI技術(shù)的快速發(fā)展以及智能眼鏡硬件的不斷升級，AI+AR智能眼鏡將進(jìn)入高速發(fā)展期，根據(jù)維深信息Wellsenn XR，2025年全球AR眼鏡銷量達(dá)110萬臺，同比實(shí)現(xiàn)翻倍增長，預(yù)計(jì)2030年全球AI眼鏡出貨量有望增長至8,000萬副。根據(jù)行家說Research數(shù)據(jù)，按照一片8吋片可供4副AR眼鏡折算，AR眼鏡市場有望為半絕緣碳化硅襯底提供廣闊增量空間。

千億賽道啟航，

碳化硅終將“被看見”

未來，碳化硅有望成為AI數(shù)據(jù)中心標(biāo)配材料，國內(nèi)需求持續(xù)高增；伴隨成本下降，AR眼鏡、便攜AI設(shè)備等消費(fèi)級場景將實(shí)現(xiàn)規(guī)模化落地，成為新增長極。

說到底，AI的競爭是算力的競爭，而算力的競爭，拼到最后就是核心材料的競爭。碳化硅用一身“硬本領(lǐng)”，破解了AI算力和功耗的核心矛盾，成了AI產(chǎn)業(yè)升級的關(guān)鍵支撐。

雖然目前仍面臨產(chǎn)能、成本、技術(shù)等瓶頸，但隨著技術(shù)突破和國產(chǎn)化替代加速，碳化硅+AI的賽道潛力巨大，未來有望成長為千億級市場。

相信在不久的將來，隨著碳化硅技術(shù)的不斷成熟，我們將看到更高效、更小巧、更穩(wěn)定的AI設(shè)備，而這款“隱形材料”，也將被更多人看見。

參考來源：

萬聯(lián)萬象.曾親赴霍爾木茲調(diào)研的Citrini判斷：碳化硅是AI最大暗線！

金元證券.碳化硅賦能AI產(chǎn)業(yè)：從芯片封裝到數(shù)據(jù)中心的核心材料變革

21世紀(jì)經(jīng)濟(jì)報(bào)道.觸底中的碳化硅，搭上AI順風(fēng)車

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