為工業(yè)、汽車、計算機和消費設(shè)備提供動力的功率半導體并不像其他半導體那樣廣為人知。然而，它們約占半導體總收入的 10%，是一個價值 300 億美元的市場。

功率半導體，尤其是寬禁帶半導體，對于全球努力實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展目標至關(guān)重要。與其他芯片相比，寬禁帶器件可以在更高的電壓、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）這兩種材料尤為重要。這兩種材料并不新鮮，但迄今為止，對它們的需求一直受到成本，產(chǎn)能以及可靠性的擔憂。

不過，這種情況正在開始改變。越來越多的碳化硅和氮化鎵半導體被應用于風力渦輪機、光伏逆變器、電機驅(qū)動器以及新能源汽車等設(shè)備中。目前，它們的市場增長速度遠遠超過硅功率半導體的市場增長速度。我們預計其收入將繼續(xù)增長，從 2022 年占功率半導體市場的 3% 增長到 2027 年的 13.1%。

效率需求推動增長

隨著各國努力實現(xiàn)能源安全，以及各行各業(yè)尋求提高能源效率和實現(xiàn)碳減排目標，提高效率的動力將繼續(xù)存在。許多行業(yè)將面臨進一步的壓力，要求將能源消耗降至最低。這其中就包括數(shù)據(jù)中心，數(shù)據(jù)中心已經(jīng)是能源密集型行業(yè)，隨著人工智能（AI）的發(fā)展，數(shù)據(jù)中心的能源密集度可能會更高。 

人工智能需要強大的計算能力，而高性能數(shù)據(jù)中心的運營商則希望他們的設(shè)施能夠高效地運行，這樣他們的能源成本和能源足跡就不會過多。電源是實現(xiàn)這一目標的關(guān)鍵，而寬禁帶半導體，特別是氮化鎵，可以幫助運營商在三個方面節(jié)省成本：能源損耗、數(shù)據(jù)中心的冷卻成本以及服務器所需的空間。

數(shù)據(jù)中心使用大量能源，但它們的工作電壓并不高，這意味著常用于筆記本電腦、平板電腦和手機充電器等設(shè)備的氮化鎵（GaN）半導體可能比針對電力傳輸和汽車等行業(yè)進行優(yōu)化的碳化硅（SiC）半導體具有更大的優(yōu)勢。

氮化鎵器件可在主服務器電源中更高效地運行，從而減少數(shù)據(jù)中心的能量損耗。基于氮化鎵的解決方案可實現(xiàn)出色的導通電阻和高開關(guān)速度，從而大大降低能量損耗。這不僅降低了服務器機架的能源需求，還減少了對數(shù)據(jù)中心冷卻系統(tǒng)的需求。 

能源損耗和冷卻需求的減少意味著能耗的降低。功率半導體公司英飛凌正在投資氮化鎵技術(shù)，并于去年年底完成了對氮化鎵系統(tǒng)公司的收購。英飛凌認為，如果運營商將硅電源轉(zhuǎn)換為基于氮化鎵的電源裝置，數(shù)據(jù)中心的能耗可減少 10%。該公司還表示，如果所有數(shù)據(jù)中心都改用氮化鎵技術(shù)，每年可節(jié)省 20TWh 的能源。

節(jié)省空間

最后，氮化鎵的使用使制造商能夠縮小電源的尺寸。在數(shù)據(jù)中心，空間的更有效利用為 CPU 和 GPU 創(chuàng)造了額外的空間，而 CPU 和 GPU 正是為運營商創(chuàng)造收入的組件。這意味著他們可以從現(xiàn)有數(shù)據(jù)中心獲得更多收益，或在新設(shè)施中提高效率。

開發(fā)認證解決方案

盡管存在潛在優(yōu)勢，但 Omdia 并不希望運營商立即升級其電源。相反，我們期望的是更漸進的轉(zhuǎn)變。運營商可能會等到其現(xiàn)有設(shè)備達到自然使用壽命，然后再考慮采用更高效的技術(shù)。制造商可能還需要讓運營商相信，目前用于低成本、低利潤應用的氮化鎵半導體在關(guān)鍵數(shù)據(jù)中心環(huán)境中足夠堅固可靠。在數(shù)據(jù)中心，停機會對財務和聲譽造成重大影響，因此運營商不太可能冒險。 

不過，我們可以從新能源汽車市場吸取經(jīng)驗教訓。在混合動力車和電動車市場，SiC 半導體正越來越多地被用于延長汽車的續(xù)航里程和性能，特斯拉就是其中的佼佼者。最初人們對該技術(shù)的擔憂已經(jīng)得到解決，這些器件現(xiàn)在被認為是高質(zhì)量和高價值的，制造商也在不斷投資改進該技術(shù)并推出新功能。在數(shù)據(jù)中心市場，氮化鎵半導體也有機會以同樣的方式發(fā)展。

成熟的設(shè)施和供應鏈

半導體制造商具備良好的發(fā)展條件。氮化鎵器件的生產(chǎn)方式與硅芯片類似，因此現(xiàn)有的設(shè)施可以重新利用，而且有成熟的供應鏈。然而，由于數(shù)據(jù)中心的建設(shè)仍在繼續(xù)，他們需要找到保持利潤和產(chǎn)能的方法。如果他們能應對這一挑戰(zhàn)，就有機會利用這些新技術(shù)最大限度地提高效率。

現(xiàn)在比以往任何時候都更需要限制我們對地球的影響，而寬禁帶半導體設(shè)備在實現(xiàn)效率水平方面提供了一個階躍變化。誰知道呢，假以時日，也許有機會利用人工智能產(chǎn)生更大的效益。