新型半導(dǎo)體技術(shù)助力人工智能｜觀點(diǎn)

隨著數(shù)據(jù)中心努力提高能源效率并實(shí)現(xiàn)碳減排目標(biāo)，碳化硅(SiC)和氮化鎵(GaN)半導(dǎo)體市場(chǎng)正在增長(zhǎng)。用于為工業(yè)、汽車、計(jì)算和消費(fèi)設(shè)備供電的半導(dǎo)體并不像支持其他應(yīng)用的硅芯片那樣出名。然而，它們約占半導(dǎo)體總收入的10%，這使得它們成為一個(gè)價(jià)值300億美元的市場(chǎng)。

功率半導(dǎo)體，尤其是寬帶隙半導(dǎo)體，對(duì)于世界實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)的努力至關(guān)重要。寬帶隙半導(dǎo)體可以在比其他芯片更高的電壓、頻率和溫度下工作，從而提高器件的效率。碳化硅(SiC)和氮化鎵(GaN)兩種材料特別重要。它們并不新鮮，但到目前為止，對(duì)它們的需求受到應(yīng)用程序、成本和可靠性或可用容量的限制。

然而，這種情況正在開始改變。越來越多的SiC和GaN半導(dǎo)體被部署在風(fēng)力渦輪機(jī)、光伏逆變器、電機(jī)驅(qū)動(dòng)器以及電動(dòng)和混合動(dòng)力汽車等設(shè)備中。它們的市場(chǎng)增長(zhǎng)速度現(xiàn)在遠(yuǎn)遠(yuǎn)快于硅功率半導(dǎo)體市場(chǎng)。我們預(yù)計(jì)收入將繼續(xù)增加，從2022年功率半導(dǎo)體市場(chǎng)的3%增加到2027年的13.1%。

效率需求推動(dòng)增長(zhǎng)

隨著各國(guó)努力實(shí)現(xiàn)更高的能源安全，企業(yè)和行業(yè)尋求提高能源效率并實(shí)現(xiàn)碳減排目標(biāo)，對(duì)效率的追求將繼續(xù)下去。許多行業(yè)將面臨進(jìn)一步的壓力，以盡量減少其影響。這包括數(shù)據(jù)中心，它們已經(jīng)是能源密集型的，隨著人工智能(AI)的進(jìn)步，能源密集程度可能會(huì)進(jìn)一步提高。

人工智能需要強(qiáng)大的計(jì)算能力，而實(shí)現(xiàn)這種計(jì)算水平的高性能數(shù)據(jù)中心的運(yùn)營(yíng)商將希望確保其設(shè)施能夠高效地管理工作負(fù)載，這樣其能源成本和占地面積就不會(huì)過大。電源對(duì)于實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)至關(guān)重要，而寬帶隙半導(dǎo)體可以幫助運(yùn)營(yíng)商在三個(gè)方面節(jié)省成本：能源損失、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，但它們并不在高電壓下運(yùn)行，這意味著常用于筆記本電腦、平板電腦和手機(jī)充電器等設(shè)備的GaN半導(dǎo)體可能比針對(duì)電力傳輸和汽車等行業(yè)進(jìn)行了優(yōu)化的SiC半導(dǎo)體具有更大的優(yōu)勢(shì)。

GaN器件通過在主服務(wù)器電源內(nèi)更高效地運(yùn)行，減少了數(shù)據(jù)中心的能量損失?；贕aN的解決方案具有出色的導(dǎo)通電阻和高開關(guān)速度，可大大降低能量損失。這降低了服務(wù)器機(jī)架的能源需求，還可以減少數(shù)據(jù)中心內(nèi)冷卻系統(tǒng)的需求?？傊瑴p少能源損失和冷卻要求意味著可以減少能源消耗。

節(jié)省空間

最后，使用GaN使制造商能夠減小電源的尺寸。在數(shù)據(jù)中心，更有效地利用空間可以為CPU和GPU創(chuàng)造額外的空間，而這些組件可以為運(yùn)營(yíng)商創(chuàng)造收入。這意味著他們可以從現(xiàn)有數(shù)據(jù)中心獲得更多收益，或者在新設(shè)施中提高效率。

開發(fā)經(jīng)過認(rèn)證的解決方案

盡管存在潛在好處，但運(yùn)營(yíng)商可能會(huì)等到現(xiàn)有設(shè)備達(dá)到自然使用壽命，然后再考慮更高效的技術(shù)。制造商可能還需要讓運(yùn)營(yíng)商相信，目前用于低成本和低利潤(rùn)應(yīng)用的GaN半導(dǎo)體對(duì)于關(guān)鍵數(shù)據(jù)中心環(huán)境而言足夠堅(jiān)固和可靠。在數(shù)據(jù)中心，停機(jī)可能會(huì)對(duì)財(cái)務(wù)和聲譽(yù)產(chǎn)生重大影響，因此運(yùn)營(yíng)商不太可能承擔(dān)風(fēng)險(xiǎn)。

然而，我們可以從混合動(dòng)力和電動(dòng)汽車市場(chǎng)中吸取教訓(xùn)。在那里，SiC半導(dǎo)體越來越多地被用于延長(zhǎng)汽車的續(xù)航里程和性能，其中特斯拉是采用該技術(shù)的領(lǐng)頭羊。人們對(duì)該技術(shù)的最初擔(dān)憂已經(jīng)得到解決，這些設(shè)備現(xiàn)在被認(rèn)為是高質(zhì)量和高價(jià)值的，制造商投資于不斷改進(jìn)該技術(shù)并推出新功能。GaN半導(dǎo)體有機(jī)會(huì)在數(shù)據(jù)中心市場(chǎng)以同樣的方式發(fā)展。

已建立的設(shè)施和供應(yīng)鏈

半導(dǎo)體制造商擁有良好的增長(zhǎng)條件。GaN器件的生產(chǎn)方式與硅芯片類似，因此現(xiàn)有設(shè)施可以重新利用，并且有成熟的供應(yīng)鏈。然而，由于更多的數(shù)據(jù)中心仍在建設(shè)中，他們需要找到一種方法來維持利潤(rùn)和產(chǎn)能。如果他們能應(yīng)對(duì)這一挑戰(zhàn)，就有機(jī)會(huì)利用這些新技術(shù)最大限度地提高效率。

限制我們對(duì)地球的影響的需求從未如此強(qiáng)烈，而寬帶隙設(shè)備在可實(shí)現(xiàn)的效率水平上實(shí)現(xiàn)了重大改變。隨著時(shí)間的推移，也許有機(jī)會(huì)利用它們所驅(qū)動(dòng)的人工智能產(chǎn)生更大的效益。

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