新型半导体技术可能有助于推动人工智能

用于工业、汽车、计算和消费设备的半导体并不像使其他应用成为可能的硅芯片那样为人所熟知。然而，它们占据了整体半导体收入的约10%，使其成为一个价值300亿美元的市场。

功率半导体，特别是宽禁带半导体，对于世界实现可持续发展目标至关重要。宽禁带器件可以在比其他芯片更高的电压、频率和温度下工作，从而提高设备的效率。两种材料，碳化硅（SiC）和氮化镓（GaN），尤其重要。它们并不新，但到目前为止，对它们的需求受到了对其应用、成本和可靠性的担忧或可用容量的限制。

然而，情况开始发生变化。越来越多的SiC和GaN半导体正在被部署在诸如风力涡轮机、光伏逆变器、电动机驱动器以及电动和混合动力汽车等设备中。它们的市场现在增长速度比硅功率半导体市场快得多。我们预计，从2022年的功率半导体市场的3%增长到2027年的13.1%。

需要效率推动增长

追求效率的动力将继续存在，因为各国努力实现更大的能源安全性，企业和行业寻求提高能源效率并实现减碳目标。许多行业将面临进一步减少其影响的压力。其中包括数据中心，这些数据中心已经消耗大量能源，而且由于人工智能（AI）的进展可能会变得更加能源密集。

人工智能需要大量的计算能力，使这种计算水平成为可能的高性能数据中心的运营商将希望确保他们的设施能够有效地处理工作负载，以便他们的能源成本和足迹不会过多。电源是实现这一目标的关键，宽禁带半导体，特别是GaN，可以帮助运营商在三个方面节省费用：能源损耗、数据中心冷却成本以及服务器所需的空间。

数据中心消耗大量能源，但它们不以高电压运行，这意味着通常用于笔记本电脑、平板电脑和手机充电器等设备中的GaN半导体可能比用于电力传输和汽车等行业的SiC半导体提供更大的好处。

GaN器件通过在主服务器电源供应器中更高效地运行来减少数据中心中的能源损耗。在基于GaN的解决方案中，可实现的优异导通电阻和高开关速度大大降低了能源损失。这减少了服务器机架的能源需求，还可以减少数据中心内的冷却系统对能源的需求。

通过减少能源损耗和冷却要求，能源消耗可能会降低。功率半导体公司英飞凌正在投资于GaN技术，并于去年底完成了对GaN Systems的收购。它认为，如果运营商从硅转换为基于GaN的电源单元，数据中心中使用的能源量可以减少10%。它继续说，如果所有数据中心都转换了，将每年节省20TWh的能源。

节省空间

最后，使用GaN可以使制造商减小电源的尺寸。在数据中心中，更有效地利用空间为CPU和GPU创造了额外的空间，这些是为运营商带来收入的组件。这意味着他们可以从现有的数据中心中获得更多收入，或者在新设施中构建效率。

开发认证解决方案

尽管潜在的好处很多，但Omdia并不指望运营商立即升级他们的电源。相反，我们预计将会有一个更渐进的转变。运营商可能会等到现有设备达到其自然寿命的尽头，然后考虑更高效的技术。制造商还可能需要说服运营商，目前在低成本和低利润应用中使用的GaN半导体对于关键的数据中心环境来说是足够强大和可靠的。在数据中心中，停机时间可能会对财务和声誉产生重大影响，因此运营商不太可能冒险。

然而，从混合动力和电动汽车市场可以吸取教训。在那里，SiC半导体越来越多地被用来延长车辆的续航里程和性能，领先采用者是特斯拉。最初对技术的担忧已经得到了解决，这些设备现在被认为是高质量和高价值的，并且制造商不断投资于不断改进技术和引入新功能。GaN半导体在数据中心市场也有机会以同样的方式发展。

已建立的设施和供应链

半导体制造商处于增长的有利位置。GaN器件的生产方式与硅芯片类似，因此现有设施可以重新用途，而且已经建立了供应链。但是，他们将需要找到一种方法来保持他们的利润和产能，因为越来越多的数据中心继续建设。如果他们能够应对这一挑战，那么利用这些新技术将有机会最大程度地提高他们的效率。

我们有必要限制我们对地球的影响从未如此重要，而宽禁带器件提供了一个效率水平的飞跃。谁知道，在未来，也许有机会利用它们来实现更大的好处。