文章核心观点 - AI服务器面临能源与散热危机，单机柜功率突破百千瓦，芯片功耗逼近千瓦，传统技术路径已达极限[2] - 碳化硅作为第三代半导体材料，正从供电和散热两个核心战场掀起变革，成为赋能未来AI产业不可或缺的核心材料[3] - 在供电战场，碳化硅功率芯片可将服务器电源电能转换效率推升至98%，解决AI集群高能耗问题[3] - 在散热战场，碳化硅封装基板凭借卓越导热性能，快速导出GPU巨量热能，解决性能瓶颈[3] - 碳化硅的渗透不仅是技术迭代，更是一场关乎未来算力成本与可持续性的关键博弈[3] AI服务器供电挑战与碳化硅机遇 - AI服务器供电系统面临效率、密度、功率的"不可能三角"难题，传统硅基器件触及物理极限[4] - 高功率PSU（>3kW）市场占比将提升至80%，服务器电源市场转向高门槛、高附加值的定制化蓝海[4] - AI训练负载是"同步"的，对供电系统动态响应能力要求极高，碳化硅MOSFET的快速开关特性可平滑电网级功率纹波[19] - 采用碳化硅方案可将效率从94%提升至98%，每100kW负载损耗从6kW降至2kW，并节省等效的散热成本[21] - 在AI数据中心，空间即算力，碳化硅可使功率密度从30 W/立方英寸提升至100 W/立方英寸，算力部署密度提升3倍以上[23] 数据中心供电架构演进 - 数据中心按功耗可分为企业级（1KW-500kW）、高性能计算中心（50KW-5MW）和超大规模数据中心（1MW-150MW，AI园区可达2GW）[7] - AI园区功耗达2GW，相当于大型核电机组输出功率，算力正成为新一代公共基础设施[15] - 数据中心配电电压正从12V向48V，再向400V/800V高压直流架构演进，以减少传输损耗[25] - 800V HVDC架构可重构数据中心供电系统，实现与可再生能源无缝对接并简化UPS，但需从基础设施层面进行顶层设计[29][30][31][33] - "Sidecar"方案作为过渡性解决方案，允许在机柜侧边增加模块，支持高功率机柜，单机架功率可扩展至600千瓦[37] 固态变压器的颠覆性价值 - 固态变压器（SST）是高频、智能、集成的电能路由器，可将10-35kV中压交流电直接转换为800V直流电[42] - SST通过"集中化"和"高频化"策略，将转换效率做得更高，并使碳化硅的价值密度从分散的PSU转移至集中的高价值SST模块[43] - 高频隔离变压器工作频率达数十kHz，其体积与频率成反比，可实现超高功率密度[43] - 头部电源厂商如台达已在2024年GTC展示SST样机，将其视为未来技术制高点[44] - SST方案将导致电源产业洗牌，传统PSU厂商需向上游SST和高压IBC技术转型[58] 碳化硅在芯片封装领域的应用 - AI芯片2.5D封装导致功率密度和热流密度急剧攀升，传统硅、玻璃中介层成为散热瓶颈[68] - 碳化硅中介层热导率达400-500 W/m·K，比硅高出约3倍，可使GPU结温降低20-30℃，散热相关成本降低约30%[66] - 碳化硅与硅芯片热膨胀系数接近，能大幅提升封装寿命和良率，其电绝缘性对HBM3/4高速信号完整性至关重要[69] - 若碳化硅完全替代传统中介层，其需求将是CoWoS产能的2倍，可能引发与车用市场争夺高质量衬底产能[5][72] - 碳化硅中介层产业化面临大尺寸薄板制造、切割研磨困难及TSV形成等挑战，需激光剥离等下一代加工技术[76] 碳化硅制造工艺与产业链 - 碳化硅产业成本结构中，衬底+外延占比远高于硅，降本核心在于降低衬底成本[81] - 衬底尺寸正从6英寸向8英寸迁移，8英寸衬底可用芯片数增加，能显著摊薄成本，其N型衬底市场年复合增长率达58%[82] - PVT法生长速率慢（<0.22mm/h）、耗时长达7-8天，是衬底高成本、低良率的主因，龙头厂商倾向于自建设备以控制品质[91][92] - 激光剥离等先进切片技术可将晶圆产出量提升约1.4倍，是降本的核心路径之一[95][96] - 碳化硅制造设备市场中，量测及检测设备规模最大、增长最快，凸显缺陷控制是产业核心痛点[111] 碳化硅市场竞争格局与国产化 - 全球碳化硅衬底市场高度集中，WolfSpeed、天岳先进、天科合达等前五家厂商占据68%份额[85] - 中国公司如天岳先进市占率从14.8%提升至16.7%，并展示12英寸样品，已进入全球竞争第一梯队[85] - 在碳化硅器件领域，意法、安森美、英飞凌等五大外企2024年市占率高达83%，国产替代空间巨大[129] - 国内厂商如芯联集成（增速+180%）、三安集成（+55%）正以数倍于行业的速度抢夺市场份额[129] - 中国已构建全球最完整的碳化硅产业链，国内投资约80亿美元，体现全产业链自主可控战略[131][140] 碳化硅市场应用与需求驱动 - 新能源汽车是碳化硅最大且最确定的驱动力，直至2030年仍将占据压舱石地位[122] - AI数据中心、低空经济等"新兴行业"成为独立的重要增长极，为碳化硅厂商提供客户多元化机会[122] - 800V平台BEV出货量占全部BEV近10%，预计2030年将提升至30%，对1200V SiC MOSFET产生刚性需求[122] - 碳化硅功率器件技术路线呈渐进式替代，从混合模块（Si-IGBT+SiC SBD）向全SiC模块演进[119] - 系统层面"混编"策略可在不同支路分别采用Si或SiC，实现系统级性价比最优化[119]