云計(jì)算、人工智能、物聯(lián)網(wǎng)等高計(jì)算領(lǐng)域的爆發(fā)式發(fā)展，對(duì)數(shù)據(jù)中心的計(jì)算、存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)通信、光傳輸?shù)确矫嬗辛烁�高的需求。隨之而來，數(shù)據(jù)中心對(duì)電力的需求也愈發(fā)高漲，耗電量不斷攀升。在“雙碳”目標(biāo)的引領(lǐng)下，如何降低數(shù)據(jù)中心的耗電量和碳排放，成了各企業(yè)爭(zhēng)相突破的新方向。

　　在后摩爾時(shí)代，以碳化硅和氮化鎵為代表的寬禁帶半導(dǎo)體，憑借其大幅降低電力傳輸中能源消耗的顯著優(yōu)勢(shì)，在數(shù)據(jù)中心中的作用逐漸放大，成為全球半導(dǎo)體行業(yè)的研究熱點(diǎn)。

　　寬禁帶半導(dǎo)體將成數(shù)據(jù)中心節(jié)能小幫手

　　有數(shù)據(jù)顯示，未來數(shù)十年內(nèi)，數(shù)據(jù)中心的能源消耗將瘋漲。到2050年，數(shù)據(jù)中心所使用的能源預(yù)計(jì)將占全球總消耗的14%，成為能源消耗大戶。

　　寬禁帶半導(dǎo)體主要的市場(chǎng)在電力電子領(lǐng)域，在功率器件方面發(fā)揮重大作用。由于寬禁帶半導(dǎo)體在導(dǎo)通損耗和開關(guān)損耗方面的卓越性能，可以大大降低電力電子的能耗。創(chuàng)道投資咨詢總經(jīng)理步日欣表示，寬禁帶功率器件在數(shù)據(jù)中心中的主要應(yīng)用是服務(wù)器電源模塊，其耐高壓、耐高溫、低功耗等特性，可顯示出競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。

　　“寬禁帶半導(dǎo)體的出現(xiàn)將引導(dǎo)技術(shù)轉(zhuǎn)向新的高功率密度和高效率、高耐熱性能的解決方案，以減少導(dǎo)通損耗和碳排放。在整個(gè)能源轉(zhuǎn)換鏈中，寬禁帶半導(dǎo)體的節(jié)能潛力可為實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)期的全球節(jié)能目標(biāo)作出貢獻(xiàn)。寬禁帶技術(shù)將推動(dòng)電力電子器件提高效率和密度、縮小尺寸、減輕重量、降低總成本，因此將在數(shù)據(jù)中心等應(yīng)用場(chǎng)景中為能效提升作出貢獻(xiàn)�！庇�飛凌科技電源與傳感事業(yè)部大中華區(qū)應(yīng)用市場(chǎng)總監(jiān)程文濤指出。

　　半導(dǎo)體行業(yè)專家池憲念對(duì)記者表示，在服務(wù)器電源中使用寬禁帶半導(dǎo)體功率器件，可以提升服務(wù)器電源的功率密度和效率。此外，還可以整體上縮小數(shù)據(jù)中心的體積，降低數(shù)據(jù)中心整體建設(shè)成本，同時(shí)也更加環(huán)保。

　　碳化硅、氮化鎵各有節(jié)能方向

　　目前，由于數(shù)據(jù)中心、新能源汽車等應(yīng)用場(chǎng)景仍在高速成長(zhǎng)，寬禁帶半導(dǎo)體的需求也將逐漸攀升。據(jù)Yole預(yù)測(cè)，從2021年到2026年，碳化硅需求有望從10億美元增長(zhǎng)至35億美元，氮化鎵需求從不到1億美元有望增長(zhǎng)至21億美元。

　　在數(shù)據(jù)中心領(lǐng)域，碳化硅因?yàn)榫哂袠O小的反向恢復(fù)損耗，所以可以有效降低能耗。氮化鎵主要得益于其柵極電容和輸出電容比硅更小，導(dǎo)通電阻較低，反向恢復(fù)電荷很小，因此開關(guān)損耗和導(dǎo)通損耗較低。

　　碳化硅主要應(yīng)用在服務(wù)器電源的PFC中，多采用碳化硅二極管替代硅二極管，碳化硅MODFET替代硅MOSFET。氮化鎵主要應(yīng)用在服務(wù)器電源的PFC和高壓DC/DC部分，用氮化鎵MOSFET替代硅MOSFET。“根據(jù)不同的應(yīng)用場(chǎng)景選用不同的方案，在AC/DC部分，當(dāng)工作頻率高于200kHz，或者對(duì)輕載至半載效率有要求時(shí)，則優(yōu)先選用氮化鎵；而如果環(huán)境干擾比較大，則選擇碳化硅更合適。在DC/DC部分，在12~48V工作電壓環(huán)境下，優(yōu)先選用氮化鎵，而在高壓環(huán)境下，則選擇碳化硅更合適�！毙局\研究分析師張先揚(yáng)向記者介紹道。

　　特別是在服務(wù)器電源的PFC中，碳化硅MOSFET具有的高頻特性，可以起到高效率、低功耗的效果，提升服務(wù)器電源的功率密度和效率，縮小數(shù)據(jù)中心的體積，降低數(shù)據(jù)中心的建設(shè)成本。

　　氮化鎵則在數(shù)據(jù)中心中的低電壓應(yīng)用不斷提升。近幾年，氮化鎵技術(shù)一直在突破，所帶來的效率提升，有助于數(shù)據(jù)中心降低成本，大幅降低電費(fèi)。

　　Yole預(yù)計(jì)，氮化鎵在數(shù)據(jù)中心中的滲透率會(huì)持續(xù)增加，越來越多的電源供應(yīng)商已經(jīng)在其系統(tǒng)中使用了氮化鎵。

　　羅姆半導(dǎo)體（北京）有限公司技術(shù)中心總經(jīng)理水原德健表示，羅姆一直致力于在中等耐壓范圍具有出色的高頻工作性能的氮化鎵器件的開發(fā)，旨在為各種應(yīng)用提供更廣泛的電源解決方案。目前，已確立150V耐壓GaN HEMT“GNE10xxTB系列 （GNE1040TB）”的量產(chǎn)體系，該系列產(chǎn)品非常適用于基站、數(shù)據(jù)中心等工業(yè)設(shè)備和各種物聯(lián)網(wǎng)通信設(shè)備的電源電路。

　　相較于碳化硅，全球晶圓代工龍頭企業(yè)臺(tái)積電更看好氮化鎵快充、輕薄、效率高的特性，臺(tái)積電研發(fā)資深處長(zhǎng)段孝勤曾表示，臺(tái)積電在化合物半導(dǎo)體領(lǐng)域?qū)Ｗ⒃诘�化鎵相關(guān)開發(fā)，歷經(jīng)長(zhǎng)期發(fā)展，氮化鎵已逐漸開始被市場(chǎng)接受，預(yù)計(jì)未來10年將有更多應(yīng)用場(chǎng)景。臺(tái)積電在氮化鎵的五個(gè)主要應(yīng)用場(chǎng)景包含數(shù)據(jù)中心、快充、太陽能電力轉(zhuǎn)換器、48V DC/DC以及電動(dòng)車OBC/轉(zhuǎn)換器。