AI“死結”誰來解？碳化硅：這局我上！

如今，AI算力競賽愈演愈烈。從ChatGPT動輒千億參數的模型訓練，到數據中心里一排排晝夜運轉的算力集群，我們總在驚嘆AI“更快、更強”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

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

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

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

碳化硅的熱導率約為硅的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出去，散熱效果極為出色。因此，碳化硅器件能夠在更高的環境溫度下穩定工作，理論上可在175℃結溫下正常運行。這不僅提升了器件的可靠性與穩定性，還能減少對散熱系統的依賴，降低系統成本與體積。在高功率應用中，熱量是“頭號殺手”。碳化硅能快速導出AI芯片工作時產生的大量熱量，避免芯片因過熱降頻、損壞，解決數據中心“散熱難”的核心痛點。

功耗極低

在關斷過程中，碳化硅器件不存在電流拖尾現象，開關損耗低。不僅如此，其實際應用的開關頻率可高達硅器件的10倍，這使得系統響應速度更快、控制精度更高，在高頻應用領域優勢盡顯。能大幅提升AI供電系統效率，幫數據中心降低電費成本，契合“雙碳”目標。

來源：Wolfspeed

體積小巧

碳化硅擊穿電場強度是硅的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現小型化與輕量化。適配AI芯片高密度堆疊、邊緣AI設備“小巧便攜”的需求。

穩定性優異

碳化硅具備極高的熱穩定性，可在200℃以上甚至更高的溫度環境中長時間穩定工作。能在數據中心、工業極端環境下穩定運行，減少設備故障。

全鏈滲透

碳化硅深度賦能AI產業鏈

憑借上述優勢，碳化硅正深度滲透AI產業鏈。

AI數據中心

AI算力的指數級爆發，正倒逼數據中心進行供電架構的革命性升級，能耗與供電效率成為首要矛盾。

根據弗若斯特沙利文的數據，至2030年全球AI數據中心容量將增長至299GW，較2023年凈增加244GW，2023年至2030年復合年增長率達到27.4%，數據中心耗電量占全球電力消費比例將由1.4%提升至10.0%。降能耗、提能效，已成為AI數據中心的首要任務。

來源：NVIDIA

2025年5月英偉達已宣布數據中心電源架構將從當前的54V機架供電向800V高壓直流過渡，這一升級進一步放大了碳化硅的核心價值——800V高壓直流架構需適配兆瓦級AI機柜供電，傳統硅基器件已逼近物理極限，而碳化硅憑借高耐壓、低損耗、強散熱的特性成為核心適配器件，單臺固態變壓器中碳化硅器件用量可達數百顆，直接拉動高端碳化硅器件需求爆發。

目前，英飛凌推出的數據中心電源（PSU）已廣泛采用碳化硅功率器件，單臺固態變壓器中碳化硅器件用量可達數百顆，直接拉動高端碳化硅需求爆發。同時，高壓架構升級倒逼碳化硅向8英寸及以上大尺寸襯底、高可靠性方向迭代，為國內企業帶來國產替代黃金機遇。

先進封裝

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

此前，臺積電將大尺寸CoWoS先進封裝列為核心戰略，規劃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。據長江證券預測，2026年臺積電CoWoS產能將達每月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，也有業內人士指出，碳化硅并未被臺積電采用作為先進封裝中介層材料，這源于技術路線的根本性轉變——在臺積電CoWoS-L及后續方案中，中介層的核心功能被重新定義為高密度電氣互連，其材料須具備優異的可加工性、低成本和與現有工藝的兼容性，環氧樹脂和玻璃在這些方面比碳化硅更具優勢；同時，高熱流密度芯片的散熱任務，已從依賴中介層材料傳導，轉變為由專用的散熱貼片（如金剛石）和先進的液冷系統直接承擔，無需中介層再追求極高熱導率，加之碳化硅晶圓成本遠高于有機材料和玻璃，與主流硅工藝線兼容性挑戰更大，因此臺積電選擇了更經濟、易集成的材料。

來源：Pixabay

不過碳化硅并未退出先進封裝領域，盡管在臺積電的中介層路線中受挫，但碳化硅憑借其優異的物理性能，在先進封裝的其他環節仍被產業界探索。

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現批量應用；

此外，全球碳化硅龍頭Wolfspeed在2026年1月成功生產出單晶300mm碳化硅晶圓，正在與人工智能(AI)生態系統合作伙伴展開合作，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)和高性能計算(HPC)封裝架構的熱學、機械和電氣性能瓶頸；

天岳先進稱，公司目前已成功將半絕緣碳化硅襯底應用于高功率激光器芯片的散熱層，并已形成批量出貨，驗證了碳化硅作為散熱材料在產業端規模化應用的可行性。并持續在AI、數據中心和先進散熱部件等新應用場景推動技術突破。這類應用本質上是利用碳化硅在熱管理和材料穩定性方面的優勢，服務于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芯片封裝驗證，有望成為先進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用空間。

AI終端設備

除數據中心與先進封裝外，AI終端同樣受益于碳化硅，AR眼鏡作為代表性場景，借碳化硅實現體驗升級。

在AR眼鏡領域，碳化硅材料可應用于AR眼鏡的光波導鏡片中。碳化硅材料折射率顯著高于高折射率玻璃和鈮酸鋰，可以實現更大的視角及更簡單的全彩顯示結構，其高導熱率可以系統性解決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。

來源：雷鳥創新

伴隨AI技術的快速發展以及智能眼鏡硬件的不斷升級，AI+AR智能眼鏡將進入高速發展期，根據維深信息Wellsenn XR，2025年全球AR眼鏡銷量達110萬臺，同比實現翻倍增長，預計2030年全球AI眼鏡出貨量有望增長至8,000萬副。根據行家說Research數據，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數據中心標配材料，國內需求持續高增；伴隨成本下降，AR眼鏡、便攜AI設備等消費級場景將實現規模化落地，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”，破解了AI算力和功耗的核心矛盾，成了AI產業升級的關鍵支撐。

雖然目前仍面臨產能、成本、技術等瓶頸，但隨著技術突破和國產化替代加速，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，隨著碳化硅技術的不斷成熟，我們將看到更高效、更小巧、更穩定的AI設備，而這款“隱形材料”，也將被更多人看見。

參考來源：

萬聯萬象.曾親赴霍爾木茲調研的Citrini判斷：碳化硅是AI最大暗線！

金元證券.碳化硅賦能AI產業：從芯片封裝到數據中心的核心材料變革

21世紀經濟報道.觸底中的碳化硅，搭上AI順風車

每日經濟新聞、天岳先進、三安光電年報、Wolfspeed等