新型半導(dǎo)體技術(shù)可能有助于推動人工智能

用于工業(yè)、汽車、計算和消費設(shè)備的半導(dǎo)體并不像使其他應(yīng)用成為可能的硅芯片那樣為人所熟知。然而，它們占據(jù)了整體半導(dǎo)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(dǎo)體，特別是寬禁帶半導(dǎo)體，對于世界實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)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(shè)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(yīng)用、成本和可靠性的擔(dān)憂或可用容量的限制。

然而，情況開始發(fā)生變化。越來越多的SiC和GaN半導(dǎo)體正在被部署在諸如風(fēng)力渦輪機、光伏逆變器、電動機驅(qū)動器以及電動和混合動力汽車等設(shè)備中。它們的市場現(xiàn)在增長速度比硅功率半導(dǎo)體市場快得多。我們預(yù)計，從2022年的功率半導(dǎo)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(xù)存在，因為各國努力實現(xiàn)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現(xiàn)減碳目標(biāo)。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(shù)據(jù)中心，這些數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)中心的運營商將希望確保他們的設(shè)施能夠有效地處理工作負(fù)載，以便他們的能源成本和足跡不會過多。電源是實現(xiàn)這一目標(biāo)的關(guān)鍵，寬禁帶半導(dǎo)體，特別是GaN，可以幫助運營商在三個方面節(jié)省費用：能源損耗、數(shù)據(jù)中心冷卻成本以及服務(wù)器所需的空間。

數(shù)據(jù)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(shè)備中的GaN半導(dǎo)體可能比用于電力傳輸和汽車等行業(yè)的SiC半導(dǎo)體提供更大的好處。

GaN器件通過在主服務(wù)器電源供應(yīng)器中更高效地運行來減少數(shù)據(jù)中心中的能源損耗。在基于GaN的解決方案中，可實現(xiàn)的優(yōu)異導(dǎo)通電阻和高開關(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(shù)據(jù)中心內(nèi)的冷卻系統(tǒng)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(dǎo)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(rèn)為，如果運營商從硅轉(zhuǎn)換為基于GaN的電源單元，數(shù)據(jù)中心中使用的能源量可以減少10%。它繼續(xù)說，如果所有數(shù)據(jù)中心都轉(zhuǎn)換了，將每年節(jié)省20TWh的能源。

節(jié)省空間

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

開發(fā)認(rèn)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(yù)計將會有一個更漸進(jìn)的轉(zhuǎn)變。運營商可能會等到現(xiàn)有設(shè)備達(dá)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服運營商，目前在低成本和低利潤應(yīng)用中使用的GaN半導(dǎo)體對于關(guān)鍵的數(shù)據(jù)中心環(huán)境來說是足夠強大和可靠的。在數(shù)據(jù)中心中，停機時間可能會對財務(wù)和聲譽產(chǎn)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(xùn)。在那里，SiC半導(dǎo)體越來越多地被用來延長車輛的續(xù)航里程和性能，領(lǐng)先采用者是特斯拉。最初對技術(shù)的擔(dān)憂已經(jīng)得到了解決，這些設(shè)備現(xiàn)在被認(rèn)為是高質(zhì)量和高價值的，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(dǎo)體在數(shù)據(jù)中心市場也有機會以同樣的方式發(fā)展。

已建立的設(shè)施和供應(yīng)鏈

半導(dǎo)體制造商處于增長的有利位置。GaN器件的生產(chǎn)方式與硅芯片類似，因此現(xiàn)有設(shè)施可以重新用途，而且已經(jīng)建立了供應(yīng)鏈。但是，他們將需要找到一種方法來保持他們的利潤和產(chǎn)能，因為越來越多的數(shù)據(jù)中心繼續(xù)建設(shè)。如果他們能夠應(yīng)對這一挑戰(zhàn)，那么利用這些新技術(shù)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(xiàn)更大的好處。