新型半導體技術可為人工智能提供動力

為工業、汽車、計算機和消費設備提供動力的功率半導體并不像其他半導體那樣廣為人知。然而，它們約占半導體總收入的 10%，是一個價值 300 億美元的市場。

功率半導體，尤其是寬禁帶半導體，對于全球努力實現可持續發展目標至關重要。與其他芯片相比，寬禁帶器件可以在更高的電壓、頻率和溫度下工作，從而提高器件的效率。碳化硅（SiC）和氮化鎵（GaN）這兩種材料尤為重要。這兩種材料并不新鮮，但迄今為止，對它們的需求一直受到成本，產能以及可靠性的擔憂。

不過，這種情況正在開始改變。越來越多的碳化硅和氮化鎵半導體被應用于風力渦輪機、光伏逆變器、電機驅動器以及新能源汽車等設備中。目前，它們的市場增長速度遠遠超過硅功率半導體的市場增長速度。我們預計其收入將繼續增長，從 2022 年占功率半導體市場的 3% 增長到 2027 年的 13.1%。

效率需求推動增長

隨著各國努力實現能源安全，以及各行各業尋求提高能源效率和實現碳減排目標，提高效率的動力將繼續存在。許多行業將面臨進一步的壓力，要求將能源消耗降至最低。這其中就包括數據中心，數據中心已經是能源密集型行業，隨著人工智能（AI）的發展，數據中心的能源密集度可能會更高。 

人工智能需要強大的計算能力，而高性能數據中心的運營商則希望他們的設施能夠高效地運行，這樣他們的能源成本和能源足跡就不會過多。電源是實現這一目標的關鍵，而寬禁帶半導體，特別是氮化鎵，可以幫助運營商在三個方面節省成本：能源損耗、數據中心的冷卻成本以及服務器所需的空間。

數據中心使用大量能源，但它們的工作電壓并不高，這意味著常用于筆記本電腦、平板電腦和手機充電器等設備的氮化鎵（GaN）半導體可能比針對電力傳輸和汽車等行業進行優化的碳化硅（SiC）半導體具有更大的優勢。

氮化鎵器件可在主服務器電源中更高效地運行，從而減少數據中心的能量損耗。基于氮化鎵的解決方案可實現出色的導通電阻和高開關速度，從而大大降低能量損耗。這不僅降低了服務器機架的能源需求，還減少了對數據中心冷卻系統的需求。 

能源損耗和冷卻需求的減少意味著能耗的降低。功率半導體公司英飛凌正在投資氮化鎵技術，并于去年年底完成了對氮化鎵系統公司的收購。英飛凌認為，如果運營商將硅電源轉換為基于氮化鎵的電源裝置，數據中心的能耗可減少 10%。該公司還表示，如果所有數據中心都改用氮化鎵技術，每年可節省 20TWh 的能源。

節省空間

最后，氮化鎵的使用使制造商能夠縮小電源的尺寸。在數據中心，空間的更有效利用為 CPU 和 GPU 創造了額外的空間，而 CPU 和 GPU 正是為運營商創造收入的組件。這意味著他們可以從現有數據中心獲得更多收益，或在新設施中提高效率。

開發認證解決方案

盡管存在潛在優勢，但 Omdia 并不希望運營商立即升級其電源。相反，我們期望的是更漸進的轉變。運營商可能會等到其現有設備達到自然使用壽命，然后再考慮采用更高效的技術。制造商可能還需要讓運營商相信，目前用于低成本、低利潤應用的氮化鎵半導體在關鍵數據中心環境中足夠堅固可靠。在數據中心，停機會對財務和聲譽造成重大影響，因此運營商不太可能冒險。 

不過，我們可以從新能源汽車市場吸取經驗教訓。在混合動力車和電動車市場，SiC 半導體正越來越多地被用于延長汽車的續航里程和性能，特斯拉就是其中的佼佼者。最初人們對該技術的擔憂已經得到解決，這些器件現在被認為是高質量和高價值的，制造商也在不斷投資改進該技術并推出新功能。在數據中心市場，氮化鎵半導體也有機會以同樣的方式發展。

成熟的設施和供應鏈

半導體制造商具備良好的發展條件。氮化鎵器件的生產方式與硅芯片類似，因此現有的設施可以重新利用，而且有成熟的供應鏈。然而，由于數據中心的建設仍在繼續，他們需要找到保持利潤和產能的方法。如果他們能應對這一挑戰，就有機會利用這些新技術最大限度地提高效率。

現在比以往任何時候都更需要限制我們對地球的影響，而寬禁帶半導體設備在實現效率水平方面提供了一個階躍變化。誰知道呢，假以時日，也許有機會利用人工智能產生更大的效益。