近日，備受全球關(guān)注的美國大選落下帷幕，特朗普當(dāng)選為美國第47任總統(tǒng)。
從特朗普此前對外發(fā)聲看，他對AI頗為關(guān)注，且承諾將加大AI領(lǐng)域的投資。此前任期內(nèi)，特朗普有意推動美國在AI領(lǐng)域的領(lǐng)先地位，以應(yīng)對來自海外的競爭。
在今年8月，在與馬斯克的連線對談中，特朗普曾對AI數(shù)據(jù)中心使用的大量電量表示擔(dān)憂。特朗普稱，AI所需能源是美國現(xiàn)有能源的兩倍，這令他感到震驚。特朗普的焦慮，是目前AI數(shù)據(jù)中心產(chǎn)業(yè)迫切需要解決的節(jié)能降耗問題。
AI領(lǐng)域成為碳化硅/氮化鎵增量場
AI和超大規(guī)模數(shù)據(jù)中心的迅猛發(fā)展，對AI服務(wù)器電源的功率、效率等提出了越來越高的要求。消息顯示，全球多達(dá)95%的數(shù)據(jù)中心無法滿足運行NVIDIA最新Blackwell GPU的服務(wù)器的功率需求。
碳化硅和氮化鎵因其獨特的物理特性，在AI產(chǎn)業(yè)中展現(xiàn)出顯著的應(yīng)用優(yōu)勢，特別是在提高能效、功率密度和適應(yīng)高頻高壓環(huán)境方面。隨著技術(shù)的不斷進步和成本的降低，碳化硅/氮化鎵技術(shù)將在提升AI服務(wù)器電源功率和效率等方面扮演關(guān)鍵角色。
目前，全球AI和超大規(guī)模計算數(shù)據(jù)中心的服務(wù)器電源有三種外形規(guī)格，包括通用冗余電源的CRPS185、CRPS265以及開放計算項目的OCP。三種規(guī)格電源高度和寬度尺寸相同，只有長度不同，其中，每個CRPS185電源尺寸都是固定的，長寬高分別為185毫米、73.5毫米、40毫米。因此，在尺寸無法改變的情況下，AI服務(wù)器功率需求的增加就需要從提升功率密度入手。
而功率密度的提升可以通過提高開關(guān)頻率來實現(xiàn)，在硅基產(chǎn)品已到達(dá)物理性能極限的情況下，氮化鎵器件的高開關(guān)頻率特性使其更加適合高密度CRPS應(yīng)用。而碳化硅器件與硅基產(chǎn)品相比，可以在更高的溫度和電壓下運行，實現(xiàn)更高效的功率轉(zhuǎn)換并減少能量損失。
因此，主流碳化硅/氮化鎵功率器件廠商在AI服務(wù)器電源領(lǐng)域的布局正在重點聚焦如何提升AI服務(wù)器電源功率和效率，并加快了相關(guān)產(chǎn)品升級迭代的速度。
AI服務(wù)器電源爭奪戰(zhàn)已打響
在AI服務(wù)器電源市場需求推動下，納微、英飛凌、安森美、TI等國際大廠在AI服務(wù)器電源相關(guān)產(chǎn)品布局方面都取得了一定的進展，同時，鎵未來、能華微、氮矽科技等部分國內(nèi)廠商也已涉足AI服務(wù)器電源領(lǐng)域，國內(nèi)外碳化硅/氮化鎵廠商關(guān)于AI服務(wù)器電源的爭奪戰(zhàn)已經(jīng)打響。
其中，納微半導(dǎo)體在近日公布的2024年Q3業(yè)績中披露，其在2024年第三季度推出了全新98%效率的8.5kW AI服務(wù)器電源參考設(shè)計，采用了高壓氮化鎵和碳化硅混合設(shè)計的架構(gòu)。
基于此8.5kW AI服務(wù)器電源參考設(shè)計，納微打造出了全球首個AI和超大規(guī)模數(shù)據(jù)中心專用的8.5kW服務(wù)器電源，搭載了納微高功率GaNSafe氮化鎵功率芯片和第三代快速碳化硅MOSFETs，能夠滿足NVIDIA Hopper-Blackwell-Rubin AI GPU路線圖所需的極高功率密度。在AI服務(wù)器電源產(chǎn)品助力下，納微在今年第三季度如期開始產(chǎn)生數(shù)據(jù)中心收入。
英飛凌則在今年6月發(fā)布了專為AI服務(wù)器的AC/DC級開發(fā)的全新CoolSiC? MOSFET 400V系列產(chǎn)品，與現(xiàn)有的650V SiC和Si MOSFET相比，新系列傳導(dǎo)和開關(guān)損耗都較低，提升AI服務(wù)器電源功率密度達(dá)到100W/in3以上，并且效率達(dá)到99.5%，較使用650V SiC MOSFET的解決方案提高了0.3個百分點。
針對AI服務(wù)器54V輸出平臺，英飛凌開發(fā)了3.3kW AI服務(wù)器電源專用DEMO板，采用了英飛凌的CoolGaN?、CoolSiC?、CoolMOS?設(shè)計，可實現(xiàn)整機基準(zhǔn)效率97.5%，功率密度達(dá)到96W/in3。
安森美推出了最新一代T10 PowerTrench?系列和EliteSiC 650V MOSFET的組合，為數(shù)據(jù)中心應(yīng)用提供了一種完整解決方案，安森美表示該方案已經(jīng)收到了來自AI數(shù)據(jù)中心市場的訂單需求。
國內(nèi)廠商方面，鎵未來已與知名院校達(dá)成合作，共同完成3.5kW無風(fēng)扇服務(wù)器電源的開發(fā)，通過兩相交錯圖騰柱PFC及LLC實現(xiàn)高效率和高功率密度48V電源方案；氮矽科技多款相關(guān)產(chǎn)品已送樣國內(nèi)頭部知名企業(yè)，并完成了相關(guān)的可靠性測試；能華微1200V氮化鎵產(chǎn)品也已經(jīng)送樣知名服務(wù)器電源廠，正在進行可靠性評估，各大廠商正在共同推動氮化鎵在AI數(shù)據(jù)中心服務(wù)器電源應(yīng)用的產(chǎn)業(yè)化進程。
據(jù)TrendForce集邦咨詢最新報告《2024全球GaN Power Device市場分析報告》顯示，2024年AI服務(wù)器占整體服務(wù)器出貨的比重預(yù)估將達(dá)12.2%，較2023年提升約3.4%，而一般型服務(wù)器出貨量年增率僅有1.9%。
為了搶占商機，英飛凌與納微半導(dǎo)體均在今年公布了針對AI數(shù)據(jù)中心的技術(shù)路線圖。英飛凌表示，將液冷技術(shù)與氮化鎵相結(jié)合，在較低結(jié)溫下具有明顯的優(yōu)勢，為數(shù)據(jù)中心提供了巨大的機會，可以最大程度地提高效率，滿足不斷增長的電力需求，并克服服務(wù)器發(fā)熱量不斷增加所帶來的挑戰(zhàn)。
英飛凌目前已推出輸出功率為3kW和3.3kW的AI服務(wù)器電源，8kW PSU預(yù)計將于2025年第一季度上市，全新8kW PSU支持最高輸出功率達(dá)300kW或以上的AI機架。納微則計劃在近期內(nèi)將AI服務(wù)器電源功率提高到12kW及更高水平。
小結(jié)
AI數(shù)據(jù)中心的高能耗對全球電力供應(yīng)構(gòu)成了巨大挑戰(zhàn)，在能耗持續(xù)攀升的情況下，提高AI服務(wù)器電源的功率密度和能效已成為業(yè)內(nèi)關(guān)注的焦點，也是碳化硅/氮化鎵企業(yè)發(fā)力的機會。
當(dāng)前，AI服務(wù)器電源功率密度和效率正在持續(xù)提升，伴隨著碳化硅/氮化鎵技術(shù)迭代升級，未來有望誕生更多實戰(zhàn)表現(xiàn)亮眼的AI服務(wù)器電源產(chǎn)品。（文：集邦化合物半導(dǎo)體Zac）
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