Materiais estratégicos na era da IA: Situação atual do mercado e perspectivas tecnológicas do hexafluoreto de tungstênio

O “herói invisível” do poder computacional

Enquanto o mundo se concentra na competição pelo poder de computação das GPUs, um gás eletrônico discreto está silenciosamente dando suporte a toda a indústria de chips de IA: 
o hexafluoreto de tungstênio (WF₆).

Como precursor fundamental no processo de deposição química de vapor (CVD) de semicondutores, o hexafluoreto de tungstênio é usado para depositar um filme de tungstênio no wafer, criando caminhos condutores dentro do chip. Em processos de fabricação avançados abaixo de 7 nm, memória de alta largura de banda (HBM) e memória flash 3D NAND com 300 camadas ou mais, não existe uma alternativa comercial consolidada para o hexafluoreto de tungstênio.

Nesse sentido, a essência da competição na indústria de IA é uma competição por poder computacional, e o fundamento da indústria de poder computacional está firmemente alicerçado em materiais semicondutores de ponta.

1. Situação do mercado: A oferta e a demanda estão apertadas e o cenário de mercado está passando por uma transformação.

Do lado da demanda: crescimento estrutural impulsionado pela IA

De acordo com dados de instituições de pesquisa do setor, a demanda global por hexafluoreto de tungstênio aumentou de aproximadamente 4.500 toneladas em 2020 para quase 9.000 toneladas em 2025, representando uma duplicação em cinco anos. Os principais fatores que impulsionam esse crescimento são:

• Expansão da produção de chips de IA : Cada processo de fabricação avançado de GPU/ASIC (circuito integrado especializado) requer hexafluoreto de tungstênio para a deposição de tungstênio em múltiplas camadas.
• A demanda por HBM dispara : o número de camadas empilhadas continua aumentando e, simultaneamente, o consumo de material por chip também cresce.
• A tecnologia 3D NAND está evoluindo para mais de 300 camadas : quanto mais camadas, mais frequentemente o processo de deposição de tungstênio é realizado.

A instituição prevê que o tamanho do mercado global de hexafluoreto de tungstênio será de aproximadamente 740 milhões de dólares americanos em 2026, e aumentará para 3,45 bilhões de dólares americanos em 2035.

Do lado da oferta: Barreiras elevadas restringem a liberação da capacidade produtiva.

Existem duas barreiras principais na produção de hexafluoreto de tungstênio:

• Barreiras técnicas : Produtos em nível de chip exigem uma pureza de 6N (99,9999%) ou superior, e os padrões de controle para impurezas residuais são extremamente rigorosos.
• Barreiras de certificação : A nova capacidade de produção deve passar por uma validação completa do processo, que pode durar de 1 a 2 anos, nas fábricas de produção de wafers subsequentes.

Atualmente, a principal capacidade de produção está concentrada na China, Coreia do Sul e Japão. As recentes mudanças no mercado de matérias-primas de tungstênio estão tendo um efeito de transmissão no padrão global de fornecimento.

2. Perspectivas Tecnológicas: A competição pela pureza ainda não chegou ao fim.

Aumento da pureza: de 6N para 7N

À medida que o processo de fabricação avança para 3 nm e 2 nm, os requisitos para impurezas metálicas e partículas no hexafluoreto de tungstênio passaram de ppm (uma parte por milhão) para ppb (uma parte por bilhão), com os produtos de grau 7N atingindo ainda mais o controle de impurezas em nível de ppt (partes por trilhão) . Os produtos de grau 7N passaram da fase de P&D para a produção em massa, com os fabricantes chineses liderando o progresso da comercialização global.

A evolução da cadeia industrial

No passado, nosso país exportava apenas matérias-primas básicas de tungstênio, enquanto produtos eletrônicos de alta pureza e tecnologia avançada dependiam, por muito tempo, de importações. Nos últimos anos, a China alcançou avanços tecnológicos importantes e a produção em larga escala de produtos de grau 6N foi concluída, integrando gradualmente a cadeia de suprimentos das principais fábricas de wafers internacionais. Essa evolução reflete a melhoria da competitividade abrangente da China no setor de materiais semicondutores.

3. Desafios da Indústria e Restrições Realistas

Ao mesmo tempo que se concentra nas oportunidades, deve-se também avaliar racionalmente as limitações práticas da fase atual:

• A liberação de capacidade leva tempo : a construção de novas instalações geralmente leva de 2 a 3 anos antes de entrarem em produção. A elasticidade da oferta de mercado no curto prazo é insuficiente.
• O progresso da certificação do cliente varia : a maioria das linhas de produção ainda está na fase de produção experimental e certificação de amostras, e ainda não atingiu o desempenho em larga escala.
• A incerteza da iteração tecnológica : Novos processos, como a deposição seletiva de tungstênio e a deposição de camadas atômicas, estão amadurecendo gradualmente, o que pode alterar a quantidade e a estrutura geral dos materiais utilizados.
• A imprevisibilidade do fornecimento de matéria-prima : O tungstênio é um recurso mineral de importância estratégica para o país. Ajustes nas políticas de importação e exportação relacionadas podem afetar a estabilidade da cadeia de suprimentos global.

Esses desafios não invalidam as perspectivas do setor; pelo contrário, servem como um lembrete de que esta é uma jornada longa e árdua que exige paciência.

4. Perspectiva Internacional: Reequilíbrio das Cadeias Globais de Abastecimento

Vale ressaltar que a mudança no padrão de fornecimento de matérias-primas de tungstênio teve um impacto substancial no mercado global de hexafluoreto de tungstênio. Segundo relatos públicos, alguns dos principais fabricantes japoneses emitiram alertas de fornecimento aos seus clientes, indicando incerteza no abastecimento de matérias-primas. Nesse contexto, as fábricas globais de semicondutores estão promovendo ativamente a diversificação de suas cadeias de suprimentos e reduzindo o risco de dependência de um único fornecedor, o que também abre novas oportunidades de desenvolvimento para empresas nacionais com vantagem em uma cadeia industrial completa.

Conclusão: Os materiais são a base do poder computacional.

A história do hexafluoreto de tungstênio revela uma verdade há muito negligenciada: as GPUs são as “estrelas do palco” da indústria de poder computacional, enquanto centenas de materiais semicondutores são os indispensáveis ​​”pilares dos bastidores”.

Gases especiais, materiais-alvo de alta pureza, fotorresistentes, precursores – em cada um desses campos especializados, existem barreiras técnicas extremamente elevadas. Cada um deles está sob a pressão da demanda gerada pela expansão da produção de chips de IA, e a expansão de sua capacidade produtiva é medida em anos.

À medida que a substituição doméstica evolui de “alcançar a autossuficiência” para “ter competitividade global”, esses antigos “realçadores de sabor industriais” estão se tornando um alicerce sólido na competição da indústria de tecnologia.

A vasta extensão da IA ​​começa com cada grama de material semicondutor de altíssima pureza.