Omdia 预测，随着电动汽车 (EV) 革命的到来，新型半导体将出现爆炸式增长，而功率半导体行业数十年的传统规范也将受到挑战。AI 的兴起是否会有类似的影响？

Omdia 半导体研究元件高级分析师 Callum Middleton 表示："对于长期依赖于硅技术的行业，新材料制成的器件既能带来挑战，也能起到推动作用。氮化镓 (GaN) 和碳化硅 (SiC) 功率器件的开发始于上个世纪，但它们的技术成熟度顺应了可持续发展趋势，用新材料制造的器件为我们这个能源匮乏的世界带来显著的效率提升。"

特斯拉已于 2018 年首次採用多个 SiC 装置，该技术由此从实验室和测试设计，跃升为主流。电动车市场自此开始起飞，而这些技术带来众多充电速度和续航里程好处，採用这些技术的汽车制造商更与日俱增。

这一早期採用证实 SiC 在现实世界的效能和可靠程度。而对于氮化镓（GaN），手机和笔记本电脑充电器也取得了类似的效果。随着 AI 的蓬勃发展，它将给我们的能源供应和分配系统带来额外的压力。为了确保充分享受 AI 的好处，并确保以可持续的方式利用 AI，我们必须确保效率最大化，但这并不一定要以牺牲盈利能力为代价。在数据中心的电源中采用 SiC 或 GaN 解决方案可以显著降低能耗，同时为额外的计算能力释放空间。


效率需求推动增长

随着各国努力实现能源安全，以及各行各业寻求提高能源效率和实现碳减排目标，提高效率的动力将继续存在。许多行业将面临进一步的压力，要求将能源消耗降至最低。这其中就包括数据中心，数据中心已经是能源密集型行业，随着人工智能（AI）的发展，数据中心的能源密集度可能会更高。

人工智能需要强大的计算能力，而高性能数据中心的运营商则希望他们的设施能够高效地运行，这样他们的能源成本和能源足迹就不会过多。电源是实现这一目标的关键，而宽禁带半导体，特别是氮化镓，可以帮助运营商在三个方面节省成本：能源损耗、数据中心的冷却成本以及服务器所需的空间。

数据中心使用大量能源，但它们的工作电压并不高，这意味着常用于笔记本电脑、平板电脑和手机充电器等设备的氮化镓（GaN）半导体可能比针对电力传输和汽车等行业进行优化的碳化硅（SiC）半导体具有更大的优势。

氮化镓器件可在主服务器电源中更高效地运行，从而减少数据中心的能量损耗。基于氮化镓的解决方案可实现出色的导通电阻和高开关速度，从而大大降低能量损耗。这不仅降低了服务器机架的能源需求，还减少了对数据中心冷却系统的需求。

能源损耗和冷却需求的减少意味着能耗的降低。功率半导体公司英飞凌正在投资氮化镓技术，并于去年年底完成了对氮化镓系统公司的收购。英飞凌认为，如果运营商将硅电源转换为基于氮化镓的电源装置，数据中心的能耗可减少 10%。该公司还表示，如果所有数据中心都改用氮化镓技术，每年可节省 20TWh 的能源。


数据中心对氮化镓趋之若鹜

我们已经在新能源汽车、快充等领域见证了氮化镓的普及，但事实上，在服务器电源这种高端工业电源市场，这种对氮化镓器件的追求也已经露出迹象。这自然是出于对氮化镓能效的看重，在PUE逐渐成为新数据中心建设、旧数据中心改建的硬性指标后，如何提高能效成了最大的难题，

而在上述提到的氮化镓一众优势中，就给出了高能效这一优势。正如我们在PC电源上选购常见的80 Plus铂金、钛金等方案一样，数据中心同样需要这类高能效的电源，只不过功率要更高一些，而且至少也都需要铂金级的电源，这也意味着能效需要维持在90%以上。而基于氮化镓的服务器电源在实现更高功率密度的同时，更容易做到钛金级别的能效。

另外就是供电架构发生的转变，与汽车的48V系统一样，数据中心也面临着同样的转变，更低的I2R损耗能够提升系统效率已经是不争的事实。但因为高电压转换器过去反而会降低效率、提高成本和徒增尺寸的局限性，48V并没有获得普及。

可随着氮化镓这类第三代半导体的面世，以及有了一众厂商为数据中心提出了48V DC/DC的方案，从而为全新的开放计算项目（OCP）48V配件架构做好准备。而且对于云服务厂商来说，48V DC/DC转换器带来的体积优势，将进一步为数据中心降本增效提供便利。


展望未来：氮化镓芯片的无限可能

随着技术的不断进步和成本的降低，预计氮化镓器件和芯片将在未来得到更广泛的应用。目前的研究正在寻找提高氮化镓性能的新方法，并开发其在更多领域的应用。例如，氮化镓在太阳能电池中的应用可能会提高太阳能利用的效率；在电力存储设备中的应用可能会提高电池的能量密度和寿命；在医疗设备中的应用可能会提高设备的性能和安全性。

此外随着全球对可再生能源的需求日益增长氮化镓在电力转换和存储方面的应用可能会发挥重要作用其高效能和可靠性可以使电力网络更加高效、可靠同时随着电动汽车市场的不断扩大氮化镓在汽车电子设备中的应用也可能会得到更广泛的推广。