La potencia informática de la IA está siendo asfixiada pormateriales.
Lip-Bu Tan, director ejecutivo de Intel, ha nombrado el diamante, el carburo de silicio (SiC), el fosfuro de indio (InP), el nitruro de galio (GaN) y los sustratos de vidrio como cinco materiales clave fundamentales para romper el cuello de botella. Mientras tanto, expertos de la industria han advertido sin rodeos: "La insuficiente capacidad de producción de láser InP es el principal punto de estrangulamiento para la óptica co-envasada (CPO)".
Esto significa que no importa cuán potentes sean los chips GB200/300 de Nvidia, sin el soporte de materiales avanzados, los datos simplemente no pueden fluir a alta velocidad.
No se trata sólo de una cuestión de capacidad: es un desafío que supera los límites de la ciencia de los materiales. Desde suministro de energía de SiC/GaN y empaquetamiento de sustrato-de vidrio (como lo destaca Tan), hasta niobato de litio y SOI para soluciones de interconexión óptica, y sustratos cerámicos y de diamante para la disipación de calor bajo cargas de energía extremas,materialesse han convertido en el campo de batalla invisible en la segunda mitad de la IA. Quien logre abrirse paso primero tendrá la clave para dominar la informática.
Diamante
A medida que la potencia informática de la IA se acelera a una velocidad vertiginosa, la disipación de calor en los chips de gama alta-es cada vez más grave. Se espera que Rubin Ultra de Nvidia, por ejemplo, supere los 2.300 W por chip, con densidades de flujo de calor locales que superen los 1.000 W/cm², un nivel de calor casi inimaginable. Los disipadores de calor tradicionales de cobre y aluminio están alcanzando sus límites físicos. El diamante, con su conductividad térmica ultra-alta, se ha convertido en uno de los principales candidatos entre los nuevos materiales semiconductores.
Ampliamente conocido por su extrema dureza (la sustancia natural más dura, con una dureza Mohs de 10), el diamante es también uno de los mejores conductores térmicos de la naturaleza, con una conductividad térmica de hasta 2200 W/(m·K), 5,5 veces la del cobre y 11 veces la del aluminio. También es un aislante eléctrico y su coeficiente de expansión térmica se asemeja mucho al del silicio, SiC y GaN. Los observadores de la industria han señalado: cuando la potencia de un solo-chip supera los 1400 W, el diamante ya no es una "opción", sino que se convierte en una "necesidad".
Las GPU de arquitectura Vera Rubin de próxima-generación de Nvidia han adoptado por completo una solución de "refrigeración líquida por contacto directo- de material compuesto de cobre y diamante de + 45 grados", y la industria incluso ha marcado el año 2026 como el "primer año de adopción de la disipación de calor de diamante a gran-escala".
Carburo de Silicio (SiC)
La potencia de los racks de los centros de datos de IA está aumentando de decenas de kilovatios a cientos de kilovatios, con racks a escala de megavatios-en el horizonte. A medida que aumentan los niveles de corriente y voltaje, la conversión de energía tradicional basada en silicio-sufre pérdidas asombrosas. Además, la IA exige materiales que disipen el calor rápidamente, consuman menos energía, ocupen un espacio mínimo y resistan altas temperaturas.
El SiC ofrece un alto voltaje de ruptura, un rendimiento estable a altas temperaturas y pérdidas de conmutación mucho más bajas que el silicio. El tamaño compacto de su dispositivo y su excelente confiabilidad lo convierten en la opción ideal para arquitecturas de CC de alto-voltaje (HVDC) de 800 V, logrando eficiencias superiores al 97 % en etapas de rectificación de entrada de alto -voltaje y corrección del factor de potencia (PFC), y reduciendo las pérdidas de transmisión en más de un 30 % en sistemas HVDC de 800 V. Los nuevos centros de datos construidos por Nvidia, Microsoft y otros gigantes tecnológicos ya han adoptado arquitecturas de energía basadas en SiC-como estándar. Los fabricantes nacionales chinos, como TankeBlue Semiconductor, están acelerando la producción en masa epitaxial y de sustrato de 8 pulgadas para reducir los costos de las obleas.
Nitruro de galio (GaN)
GaN y SiC forman una clara división entre "alto-voltaje y bajo-voltaje": el SiC permanece en la sala de servidores, mientras que el GaN pasa a los bastidores.
GaN presenta una alta movilidad de electrones y una densidad de potencia excepcional, sobresaliendo en la conversión de energía de alta-frecuencia, bajo-voltaje y alta-densidad. En los módulos de alimentación de GPU, los convertidores CC-CC de alta frecuencia y las fuentes de alimentación de servidores (donde el espacio y la velocidad de respuesta son fundamentales), GaN puede reducir el tamaño de la fuente de alimentación y al mismo tiempo aumentar la densidad de potencia. El proceso GaN de 8-pulgadas de Samsung ya ha logrado una reducción de costos del 30% y está acelerando su adaptación para la implementación de centros de datos a gran escala.
Fosfuro de indio (InP)
El fosfuro de indio es irremplazable: es el único material de sustrato de producción-en masa para chips láser y fotodetectores, y se adapta perfectamente a las ventanas de comunicación de fibra-óptica de baja pérdida- de 1310 nm y 1550 nm. En el dominio CPO, el enfoque principal de la industria integra motores ópticos y chips eléctricos en el mismo sustrato, y los dispositivos emisores de luz-de alta velocidad-en el núcleo de CPO dependen 100% de láseres InP.
Volviendo a la advertencia de ese ejecutivo de la industria: detrás de esas palabras se esconde una cruda serie de números. En 2025, la demanda mundial de sustratos de InP se estima entre 2,0 y 2,1 millones de piezas, mientras que la oferta efectiva es de solo 600 000 a 700 000 piezas, una brecha de oferta-demanda superior al 70 % que se espera que persista hasta 2030. Goldman Sachs ha emitido un pronóstico aún más directo: "La oferta de fuentes de luz seguirá siendo escasa hasta 2027, y es posible que solo comience a equilibrarse en la segunda mitad de 2028 a medida que las expansiones de la capacidad de la cadena de suministro entren en funcionamiento".
Niobato de litio de película delgada-(TFLN)
Aprovechando el fuerte efecto electro-óptico lineal (efecto Pockels) del niobato de litio, la película delgada-de niobato de litio permite una modulación de señal óptica de alto-ancho de banda y alta-linealidad (alta-fidelidad) a bajos voltajes de conducción. Esto lo hace muy-adecuado para aplicaciones de transmisión óptica de media- a larga-distancia y alto-ancho de banda, como redes troncales y redes metropolitanas. Además, su alto contraste de índice de refracción y su excelente confinamiento óptico permiten una mayor integración, mejorando el tamaño del dispositivo y el consumo de energía.
En los moduladores ópticos, la película delgada-de niobato de litio ofrece un coeficiente electro-óptico tres veces mayor que el del InP y más de cien veces mayor que el de la fotónica de silicio. Con solo 1,8 V, puede lograr una modulación de velocidad ultra-alta-más allá de 100 GHz, lo que reduce el consumo de energía entre un 30 y un 50 %, mientras que un solo canal puede funcionar fácilmente a 400 G.
A medida que la potencia informática de la IA se dispara, las interconexiones ópticas de los centros de datos están aumentando de 400G a 800G, 1,6T y 3,2T. Las limitaciones de rendimiento de los materiales tradicionales son cada vez más evidentes, y la fina-película de niobato de litio está a punto de convertirse en un material fundamental para la modulación de transmisión óptica de alta-velocidad de próxima-generación. Actualmente, solo cuatro empresas en todo el mundo han dominado las capacidades de producción-en masa de obleas de gama alta- de 8-pulgadas, con una brecha entre la oferta y la demanda que supera el 70%.
SOI (silicio-sobre-aislante)
Si el silicio es la "carne" de un chip, SOI es el "esqueleto" de la fotónica del silicio. Esta estructura tipo sándwich de "sustrato de óxido enterrado superior de silicio", al insertar una capa aislante de dióxido de silicio debajo de la capa de silicio, elimina por completo la interferencia entre electrones y fotones. Reduce la capacitancia parásita en más del 60%, lo que permite que las señales eléctricas se ejecuten más rápido y de manera más eficiente. Más importante aún, la gran diferencia de índice de refracción entre la capa superior de silicio y la capa de óxido forma naturalmente las "paredes" de una guía de ondas óptica, lo que permite que las señales ópticas se doblen y transmitan con una pérdida mínima en el chip.
En la era de la IA, SOI es el sustrato central insustituible para la fabricación de módulos ópticos, motores CPO y chips cuánticos. La capacidad de producción global está fuertemente concentrada en la francesa Soitec, lo que hace que la localización nacional sea una prioridad urgente.
Sustratos de vidrio
A medida que las GPU, HBM y el apilamiento de chiplets impulsan el empaquetado hacia factores de forma grandes, alta densidad e interconexiones de alta-velocidad, los sustratos orgánicos tradicionales y los intercaladores de silicio enfrentan cada vez más limitaciones en tamaño, costo y rendimiento.
Los sustratos de vidrio, a través de vías de vidrio (TGV) para interconexión eléctrica vertical, llenan con precisión el vacío de mercado entre los sustratos orgánicos y los intercaladores de silicio. Ofrecen un coeficiente ajustable de expansión térmica (adaptado a los chips de silicio), una pérdida dieléctrica extremadamente baja y una planitud superficial ultra-alta. Las pruebas de Intel han demostrado que pueden reducir la distorsión de patrones en un 50% y aumentar la densidad de interconexión hasta 10 veces.
Los líderes mundiales en semiconductores están acelerando rápidamente sus inversiones: Intel, TSMC, Samsung Electro-Mechanics, SK Group y LG Group han entrado en escena, dando inicio a una carrera comercial en torno a los sustratos de vidrio.
Sustratos cerámicos
En los embalajes integrados de alta-densidad, los dispositivos de alta-potencia que funcionan simultáneamente generan enormes cantidades de calor concentrado, y el sustrato del embalaje es el principal-componente disipador de calor. A medida que la potencia del chip de IA cruza el umbral de los 2000 W, los sustratos orgánicos FR-4 tradicionales, con su mala conductividad térmica (solo 0,3 W/(m·K)) y su falta de coincidencia en la expansión térmica, enfrentan graves riesgos de deformación y delaminación. Los sustratos cerámicos, con sus ventajas inherentes de alta conductividad térmica, alto aislamiento eléctrico y excelente adaptación térmica, se han convertido en una necesidad para escenarios de alta potencia.
Entre ellos, el nitruro de aluminio (AlN), con una conductividad térmica de 170 a 220 W/(m·K), es la mejor opción para la disipación de calor en módulos ópticos de alta-velocidad de 800G/1,6T. El nitruro de silicio (Si₃N₄), con su excelente resistencia a la flexión y al choque térmico, sirve como base de embalaje para módulos de potencia de alto-voltaje de SiC/GaN.