新型半導體技術(shù)可能有助于推動(dòng)人工智能

用于工業(yè)、汽車(chē)、計算和消費設備的半導體并不像使其他應用成為可能的硅芯片那樣為人所熟知。然而，它們占據了整體半導體收入的約10%，使其成為一個(gè)價(jià)值300億美元的市場(chǎng)。

功率半導體，特別是寬禁帶半導體，對于世界實(shí)現可持續發(fā)展目標至關(guān)重要。寬禁帶器件可以在比其他芯片更高的電壓、頻率和溫度下工作，從而提高設備的效率。兩種材料，碳化硅（SiC）和氮化鎵（GaN），尤其重要。它們并不新，但到目前為止，對它們的需求受到了對其應用、成本和可靠性的擔憂(yōu)或可用容量的限制。

然而，情況開(kāi)始發(fā)生變化。越來(lái)越多的SiC和GaN半導體正在被部署在諸如風(fēng)力渦輪機、光伏逆變器、電動(dòng)機驅動(dòng)器以及電動(dòng)和混合動(dòng)力汽車(chē)等設備中。它們的市場(chǎng)現在增長(cháng)速度比硅功率半導體市場(chǎng)快得多。我們預計，從2022年的功率半導體市場(chǎng)的3%增長(cháng)到2027年的13.1%。

需要效率推動(dòng)增長(cháng)

追求效率的動(dòng)力將繼續存在，因為各國努力實(shí)現更大的能源安全性，企業(yè)和行業(yè)尋求提高能源效率并實(shí)現減碳目標。許多行業(yè)將面臨進(jìn)一步減少其影響的壓力。其中包括數據中心，這些數據中心已經(jīng)消耗大量能源，而且由于人工智能（AI）的進(jìn)展可能會(huì )變得更加能源密集。

人工智能需要大量的計算能力，使這種計算水平成為可能的高性能數據中心的運營(yíng)商將希望確保他們的設施能夠有效地處理工作負載，以便他們的能源成本和足跡不會(huì )過(guò)多。電源是實(shí)現這一目標的關(guān)鍵，寬禁帶半導體，特別是GaN，可以幫助運營(yíng)商在三個(gè)方面節省費用：能源損耗、數據中心冷卻成本以及服務(wù)器所需的空間。

數據中心消耗大量能源，但它們不以高電壓運行，這意味著(zhù)通常用于筆記本電腦、平板電腦和手機充電器等設備中的GaN半導體可能比用于電力傳輸和汽車(chē)等行業(yè)的SiC半導體提供更大的好處。

GaN器件通過(guò)在主服務(wù)器電源供應器中更高效地運行來(lái)減少數據中心中的能源損耗。在基于GaN的解決方案中，可實(shí)現的優(yōu)異導通電阻和高開(kāi)關(guān)速度大大降低了能源損失。這減少了服務(wù)器機架的能源需求，還可以減少數據中心內的冷卻系統對能源的需求。

通過(guò)減少能源損耗和冷卻要求，能源消耗可能會(huì )降低。功率半導體公司英飛凌正在投資于GaN技術(shù)，并于去年底完成了對GaN Systems的收購。它認為，如果運營(yíng)商從硅轉換為基于GaN的電源單元，數據中心中使用的能源量可以減少10%。它繼續說(shuō)，如果所有數據中心都轉換了，將每年節省20TWh的能源。

節省空間

最后，使用GaN可以使制造商減小電源的尺寸。在數據中心中，更有效地利用空間為CPU和GPU創(chuàng )造了額外的空間，這些是為運營(yíng)商帶來(lái)收入的組件。這意味著(zhù)他們可以從現有的數據中心中獲得更多收入，或者在新設施中構建效率。

開(kāi)發(fā)認證解決方案

盡管潛在的好處很多，但Omdia并不指望運營(yíng)商立即升級他們的電源。相反，我們預計將會(huì )有一個(gè)更漸進(jìn)的轉變。運營(yíng)商可能會(huì )等到現有設備達到其自然壽命的盡頭，然后考慮更高效的技術(shù)。制造商還可能需要說(shuō)服運營(yíng)商，目前在低成本和低利潤應用中使用的GaN半導體對于關(guān)鍵的數據中心環(huán)境來(lái)說(shuō)是足夠強大和可靠的。在數據中心中，停機時(shí)間可能會(huì )對財務(wù)和聲譽(yù)產(chǎn)生重大影響，因此運營(yíng)商不太可能冒險。

然而，從混合動(dòng)力和電動(dòng)汽車(chē)市場(chǎng)可以吸取教訓。在那里，SiC半導體越來(lái)越多地被用來(lái)延長(cháng)車(chē)輛的續航里程和性能，領(lǐng)先采用者是特斯拉。最初對技術(shù)的擔憂(yōu)已經(jīng)得到了解決，這些設備現在被認為是高質(zhì)量和高價(jià)值的，并且制造商不斷投資于不斷改進(jìn)技術(shù)和引入新功能。GaN半導體在數據中心市場(chǎng)也有機會(huì )以同樣的方式發(fā)展。

已建立的設施和供應鏈

半導體制造商處于增長(cháng)的有利位置。GaN器件的生產(chǎn)方式與硅芯片類(lèi)似，因此現有設施可以重新用途，而且已經(jīng)建立了供應鏈。但是，他們將需要找到一種方法來(lái)保持他們的利潤和產(chǎn)能，因為越來(lái)越多的數據中心繼續建設。如果他們能夠應對這一挑戰，那么利用這些新技術(shù)將有機會(huì )最大程度地提高他們的效率。

我們有必要限制我們對地球的影響從未如此重要，而寬禁帶器件提供了一個(gè)效率水平的飛躍。誰(shuí)知道，在未來(lái)，也許有機會(huì )利用它們來(lái)實(shí)現更大的好處。