新型半導體技術可能有助于推動人工智能

用于工業、汽車、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%，使其成為一個價值300億美元的市場。

功率半導體，特別是寬禁帶半導體，對于世界實現可持續發展目標至關重要。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或可用容量的限制。

然而，情況開始發生變化。越來越多的SiC和GaN半導體正在被部署在諸如風力渦輪機、光伏逆變器、電動機驅動器以及電動和混合動力汽車等設備中。它們的市場現在增長速度比硅功率半導體市場快得多。我們預計，從2022年的功率半導體市場的3%增長到2027年的13.1%。

需要效率推動增長

追求效率的動力將繼續存在，因為各國努力實現更大的能源安全性，企業和行業尋求提高能源效率并實現減碳目標。許多行業將面臨進一步減少其影響的壓力。其中包括數據中心，這些數據中心已經消耗大量能源，而且由于人工智能（AI）的進展可能會變得更加能源密集。

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過多。電源是實現這一目標的關鍵，寬禁帶半導體，特別是GaN，可以幫助運營商在三個方面節省費用：能源損耗、數據中心冷卻成本以及服務器所需的空間。

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等行業的SiC半導體提供更大的好處。

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

通過減少能源損耗和冷卻要求，能源消耗可能會降低。功率半導體公司英飛凌正在投資于GaN技術，并于去年底完成了對GaN Systems的收購。它認為，如果運營商從硅轉換為基于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，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創造了額外的空間，這些是為運營商帶來收入的組件。這意味著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。

開發認證解決方案

盡管潛在的好處很多，但Omdia并不指望運營商立即升級他們的電源。相反，我們預計將會有一個更漸進的轉變。運營商可能會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。制造商還可能需要說服運營商，目前在低成本和低利潤應用中使用的GaN半導體對于關鍵的數據中心環境來說是足夠強大和可靠的。在數據中心中，停機時間可能會對財務和聲譽產生重大影響，因此運營商不太可能冒險。

然而，從混合動力和電動汽車市場可以吸取教訓。在那里，SiC半導體越來越多地被用來延長車輛的續航里程和性能，領先采用者是特斯拉。最初對技術的擔憂已經得到了解決，這些設備現在被認為是高質量和高價值的，并且制造商不斷投資于不斷改進技術和引入新功能。GaN半導體在數據中心市場也有機會以同樣的方式發展。

已建立的設施和供應鏈

半導體制造商處于增長的有利位置。GaN器件的生產方式與硅芯片類似，因此現有設施可以重新用途，而且已經建立了供應鏈。但是，他們將需要找到一種方法來保持他們的利潤和產能，因為越來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將有機會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效率水平的飛躍。誰知道，在未來，也許有機會利用它們來實現更大的好處。