文章核心观点 - 英伟达与台积电计划最晚于2027年在新一代GPU的先进封装中采用12英寸碳化硅衬底作为中介层，以解决CoWoS封装的散热瓶颈，这标志着技术可行性已获内部认可并进入工程化阶段 [3] - AI算力芯片发展遭遇"功耗墙"制约，散热能力取代晶体管密度成为算力竞赛下半场的胜负手，CoWoS封装散热问题已从技术挑战升级为产业发展的重要课题 [3][25][47] - 碳化硅因其优异的热导率、与硅接近的热膨胀系数以及结构强度，在性能与可行性之间找到最佳平衡点，有望成为未来CoWoS中介层的最优解，从而为碳化硅产业链开辟一个独立于传统功率器件的巨大增量市场 [3][69][70][90] - 中国大陆碳化硅产业链凭借激进的衬底产能投资、成本优势以及敏捷的产能扩张能力，有望切入全球最先进的半导体供应链，实现产业地位的跃升 [3][113][119][125] 英伟达、台积电考虑使用碳化硅作为未来先进封装中介层 - 英伟达正计划在新一代GPU芯片的先进封装环节中采用12英寸碳化硅衬底，最晚将在2027年导入，这一明确的时间点表明该计划已进入工程化与供应链准备阶段 [4] - 2027年对应英伟达Feynman架构周期，预示着碳化硅封装可能成为Feynman架构的"秘密武器" [3] - 应用材料作为全球最大的半导体设备商，已在行业会议上公开讨论碳化硅替代硅中介层的应用，表明设备端已看到趋势并开始技术布局，产业链上下游共识正在形成 [5][9] 为何英伟达和台积电亟需解决CoWoS散热问题 - 英伟达算力芯片功率持续快速上升，预计Feynman Ultra（2029年）功率将达6,000W，后续架构甚至将冲高至15,360W，对散热提出极高要求 [23] - 芯片单位面积功率大幅提升，从H100的0.86W/mm²增至未来架构的2W/mm²，增长幅度达233%，传统的风冷、水冷逼近极限 [26][28] - 芯片发展受到"功耗墙"严重制约，典型的热设计功耗在最近20年基本保持在100~200W，导致芯片性能提升缓慢，散热能力直接决定芯片能否在最高频率下稳定运行 [29][45] - 异构集成导致严重的"热交叉干扰"，HBM的温度有38%来自GPU核心的热耦合，单一芯片散热已不足，必须进行系统级热管理 [32][45] - 台积电在先进封装领域近乎垄断，几乎所有领先的数据中心GPU都由其采用CoWoS封装，CoWoS已成为算力发展的关键技术，英伟达CEO黄仁勋表示"除了CoWoS，我们无法有其他选择" [37][48][51] 为何碳化硅成为CoWoS中介层主要考虑对象 - 碳化硅材料特性显著优于硅，其热导率达490 W/m·K，是硅（130 W/m·K）的3.77倍，带隙能为3.2 eV，莫氏硬度为9.5，具备优异散热能力和结构强度 [69][70][90] - 碳化硅的热膨胀系数为4.3×10⁻⁶/K，与硅（2.6×10⁻⁶/K）较为接近，意味着与上方芯片在加热/冷却时膨胀收缩步调更一致，应力更小，可靠性更高 [70][105] - 金刚石虽热导率极高（2200 W/m·K），但难以匹配芯片制造工艺（如光刻兼容性、大面积高质量低成本生长），目前还难以成为中介层的可行选择，为碳化硅上位扫清了道路 [79][83][107] - 碳化硅可制备高深宽比（大于100:1）且非线性的通孔，能加快传输速度并降低散热难度，契合先进封装未来高速、高密度互联的方向 [93][95][108] - 碳化硅中介层在界面处比硅中介层具有更高径向应力和更小轴向应变，结构刚性更强，能减少超大尺寸中介层制造中的翘曲和开裂问题 [97][98][106] 为何中国大陆碳化硅有望重点受益 - 若CoWoS采用碳化硅中介层，将创造巨大增量市场，按70%渗透率和35%复合增长率推演，2030年对应需要超过230万片12英寸碳化硅衬底，等效约920万片6英寸衬底，远超当前全球产能供给 [111][115][122] - 中国大陆在碳化硅衬底产能投资上最为激进，主要厂商（如天岳先进、天科合达等）设计产能合计已超百万片，并积极布局12英寸产品，具备显著的产能规模优势 [113][114] - 中国大陆具备生产成本优势，参照天岳先进数据，除去折旧摊销后，生产成本中近两成为人工和水电成本，这部分为可压缩的成本项 [117][119][126] - 中国作为全球新能源车产业链最核心的玩家，为碳化硅产业提供了广阔的试验场和现金流来源，公司可用功率业务利润反哺先进封装业务研发，形成良性循环 [119][126] 碳化硅衬底、设备相关企业概况 - 晶盛机电围绕硅、蓝宝石、碳化硅三大半导体材料开发关键设备，并延伸至衬底材料领域，已实现12英寸碳化硅衬底加工中试线通线，实现全线设备自主研发和100%国产化 [127][131][133][140] - 晶升股份专注于晶体生长设备，其碳化硅长晶炉覆盖6英寸至12英寸，公司表示已有下游客户于数月前向台积电送样碳化硅衬底，并将逐步进行小批量供应 [137][141][144] - 天岳先进是全球排名第二的碳化硅衬底制造商，市场份额为16.7%，已成功研制出12英寸半绝缘型、导电型及P型衬底，并获得英飞凌、博世、安森美等国际企业合作 [146][147][151][152] - 三安光电从衬底到器件全面布局碳化硅，其与意法半导体的合资公司安意法已于2025年2月实现通线，规划达产后8英寸外延、芯片产能为48万片/年 [153][158][161] - 其他相关企业包括天科合达（衬底销量破百万片）、南砂晶圆、河北同光、通威股份、天富能源、华纬科技、宇晶股份等，均在碳化硅材料或设备领域有所布局 [162][165][169][172][175]