新材料:2023导热材料行业研究报告.docx
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1、新材料:2023导热材料行业研究报告导热材料市场增长迅速,未来可期热管理是后摩尔时代电子技术发展的重大挑战之一热物理定律的限制和产品热失效机制特征使得热管理正变得日益重要。在现代电子系统中,受电子器件自身效率的限制,输入电子器件的近80%电功率耗散会变成废热。美国空军航空电子整体研究项目的研究结果表明,55%的器件失效是由温度因素导致的。通过热管理,可确保高功率系统或设备有效地控制和管理产生的热量,以确保系统设备运行时保持在可接受的温度水平,最终保障系统的可靠性、性能和寿命。电子产品内部工作产生的热量主要通过均热(横向传递)和导热(纵向传递)传递至外部。均热是指热量会自动从高温区域流向低温区域
2、,直到整个物体的温度达到均匀状态;两个温度不同的物体接触时,高温物体会向低温物体传递热量,直到两者温度达到平衡状态。均热主要关注物体内部的热量分布,而导热更多地关注物体之间的热量传递。导热材料主要提升热传导中的导热和均热效率。元器件沿其材料表面的两个方向的均匀导热性能通常有限,所以需要使用水平方向上具有较高导热率的材料将局部高温向四周扩散。而不同元器件之间,由于界面之间直接接触存在凹凸不平的空隙,会产生热阻(空气的导热效率非常低),因此需要使用导热界面材料填充空隙,以便于热量更快地在不同界面间传导。导热材料分类繁多,不同的导热材料有不同的特点和应用场景。目前广泛应用的导热材料有合成石墨材料、均
3、热板(VC)、导热填隙材料、导热凝胶、导热硅脂、相变材料等。其中合成石墨类主要是用于均热;导热填隙材料、导热凝胶、导热硅脂和相变材料主要用作提升导热能力;VC可以同时起到均热和导热作用。导热材料行业具有较高的技术和供应商认证壁垒。由于导热材料的工作空间主要集中在凹凸不平的缝隙中,需要具有一定的可塑性和柔软性,所以上游所涉及的原材料主要集中在高分子树脂、硅胶块、金属材料及布料等。下游方面,导热材料通常需要与一些器件结合,二次开发形成导热器件并最终应用于消费电池、通信基站、动力电池等领域。由于导热材料在终端的中的成本占比并不高,但其扮演的角色非常重要,因而供应商业绩稳定性好、获利能力稳定。图8:导
4、热行业产业链资料来源:深圳芯酷科技官网,中信证券研究部算力需求提升,导热材料需求有望放量最先进的N1P模型中参数的数量呈指数级增长。近年来,自然语言处理(N1P)中的基于Transformer的语言模型借助于大规模计算、海量数据以及先进的算法和软件取得快速进展。拥有大量参数、更多数据和更长训练时间的语言模型可以获得更加丰富、更加细致的语言理解能力。因此,从2018年开始,N1P模型参数以每年近乎一个数量级的速度在增长。AI大模型的持续推出带动算力需求放量。ChatGPT-3模型版本拥有1750亿个参数,而此前的GPT-2只有1.5亿个参数。由于参数数量的增加,ChatGPT-3的训练时间和算力
5、需求也大幅增加。为了训练GPT-3模型,OpenAI需要使用超过285z000个CPU核心和IOzOOO多个GPUo训练ChatGPT-3模型的总计算量大约相当于在普通笔记本电脑上运行175亿年的计算量,大约是GPT-2的数百倍(数据源自OPenA1官网)。而且,在推理过程中,ChatGPT也需要大量的算力来生成连贯、准确的文本。以中国近年算力规模看,2016-2023年算力规模CAGR为47%(数据源自中国信通院)。随着AI大模型等对参数需求大幅提升,全球对于算力的需求预计将呈现爆发式的增加。面对算力缺口,Chip1et或成A1芯片破局之路。ChatGPT等A1应用蓬勃发展,对上游AI芯片算
6、力提出了更高的要求,头部厂商通过不断提升制程工艺和扩大芯片面积推出更高算力的芯片产品。然而在后摩尔时代,制程升级和芯片面积扩大带来的经济效益锐减,架构创新如Chip1et或将成为提升芯片算力的重要途径。Chip1et技术除了成本和良率端的优势,还能够在最大程度上提升芯片的算力以满足不同应用的需求。图11:3DChiP1et较2DSOC的优势Chip1et技术是提升芯片集成度的全新方法。Chip1et指的是将芯片的不同芯粒分开制备后再通过互联封装形成一个完整芯片。Chip1et较小的硅片面积不太容易产生制造缺陷,因此可以避免大算力芯片良率太低的问题。芯粒可以采用不同工艺进行分离制造,可以显著降低
7、成本。止矽卜,Chip1et技术带来高速的DietoDie互连,使得芯片设计厂商得以将多颗计算芯粒集成在一颗芯片中,以实现算力的大幅提升。芯片算力提升对导热材料的要求不断提升。Chip1et技术的核心思路在于尽可能多在物理距离短的范围内堆叠大量芯片,以使得芯片间的信息传输速度足够快。随着更多芯片的堆叠,不断提高封装密度已经成为一种趋势。随着封装密度的提高,单位电路的功率也不断增大以减小电路延迟,提高运行速度;同时,芯片和封装模组的热通量也不断增大,显著提高导热材料需求。全球Chip1et市场增长强势。随着下游人工智能(AI)、虚拟现实(MR)、物联网(IoT)的不断发展,高算力的要求成为的未来
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