作為寬禁帶半導(dǎo)體領(lǐng)域的兩大標(biāo)桿材料，氮化鎵（GaN）與碳化硅（SiC）正以差異化優(yōu)勢引領(lǐng)技術(shù)革新：前者憑借高頻高效特性在消費電子快充市場快速滲透，后者依托耐高壓高溫能力成為新能源汽車功率器件的核心選擇。這兩種第三代半導(dǎo)體材料各展所長——GaN通過高開關(guān)頻率與低損耗特性，在高頻應(yīng)用場景中表現(xiàn)卓越；SiC則以高電壓耐受與寬溫域穩(wěn)定性，在功率轉(zhuǎn)換領(lǐng)域占據(jù)優(yōu)勢地位。

隨著人工智能算力需求呈指數(shù)級增長，數(shù)據(jù)中心對電源系統(tǒng)（PSU）提出更高功率密度、更高能效比、更強可靠性的嚴(yán)苛要求。這一趨勢正推動GaN與SiC突破原有應(yīng)用邊界，共同開拓出一個極具潛力的增量市場——AI數(shù)據(jù)中心服務(wù)器電源解決方案，為第三代半導(dǎo)體材料開辟了全新的戰(zhàn)略級應(yīng)用場景。

11月27日，羅姆半導(dǎo)體（上海）有限公司深圳分公司技術(shù)中心總經(jīng)理水原徳健在媒體交流會上，深入分享了羅姆對AI服務(wù)器市場的獨到見解以及未來在該領(lǐng)域的戰(zhàn)略布局。

 

羅姆半導(dǎo)體（上海）有限公司深圳分公司技術(shù)中心總經(jīng)理水原徳健

AI服務(wù)器市場：耗電激增催生變革需求

隨著AI服務(wù)器快速發(fā)展，耗電量呈激增態(tài)勢，全球數(shù)據(jù)中心正面臨前所未有的電力挑戰(zhàn)。據(jù)行業(yè)權(quán)威機構(gòu)預(yù)測，到2030年，AI耗電量將激增至約1000TWh，占全球發(fā)電量的1/10，電力短缺將成社會問題。

水原徳健以網(wǎng)絡(luò)搜索為例介紹道，生成式AI消耗大量計算資源，相較于傳統(tǒng)引擎搜索，電力消耗增加約10倍。面對如此巨大的電力消耗，僅靠太陽能、風(fēng)能、核能等源頭增加發(fā)電量并非長久之計，且無法無限制發(fā)電，電力保障成為AI規(guī)模化應(yīng)用的關(guān)鍵瓶頸。因此，在發(fā)電量一定的情況下，降低AI設(shè)備能耗成為關(guān)鍵，半導(dǎo)體公司肩負(fù)重任。

AI服務(wù)器離不開AI的GPU，英偉達(dá)在GPU領(lǐng)域占據(jù)重要地位。其2003年推出的H100系列功耗為700瓦，今年推出的B300功耗升至1.4千瓦，而預(yù)計2027年推出的VR200系列功耗更將達(dá)到3.6千瓦。英偉達(dá)GPU呈現(xiàn)功率提升和開發(fā)速度加快兩大趨勢，功率從700瓦到3600瓦倍增，開發(fā)周期從兩年縮短至一年。

英偉達(dá)GPU高能量消耗帶來諸多問題。當(dāng)前系統(tǒng)多為48伏到54伏低電壓系統(tǒng)，高功率GPU需增大輸出電流，導(dǎo)致電纜內(nèi)部損耗增加、發(fā)熱量上升。以1兆瓦AI服務(wù)器為例，約需4到5噸銅線，不僅成本增加，數(shù)據(jù)中心重量和空間需求也增大，散熱和可拓展性面臨挑戰(zhàn)，且運營成本中電力消耗占比高達(dá)60% - 65%。

高壓系統(tǒng)：AI服務(wù)器發(fā)展的新方向

為改善這些問題，AI服務(wù)器通過高壓系統(tǒng)應(yīng)對，相同功率下，電壓升高電流降低，可節(jié)省銅材。水原徳健表示，目前市場有兩個方向，一個是Open Compute Project主導(dǎo)的正負(fù)400伏系統(tǒng)，由微軟、谷歌、Meta聯(lián)盟推動；另一個是英偉達(dá)的800伏系統(tǒng)。中國市場上400伏和800伏系統(tǒng)均在開發(fā)，甚至有探討升級至1500伏系統(tǒng)的可能。

800伏系統(tǒng)優(yōu)勢明顯，可擴展性強，現(xiàn)有系統(tǒng)最多做到100千瓦，800伏DC可超1兆瓦；與54伏系統(tǒng)相比，端到端效率提高5%，實現(xiàn)節(jié)能；骨干網(wǎng)電流降低，節(jié)省銅材并減少熱損耗。目前臺達(dá)等企業(yè)均在研發(fā)800伏系統(tǒng)。

以HVDC（800伏）為例，AI服務(wù)器從電網(wǎng)配電到框架，框架分電源單元和IT單元，中間有備用單元如BBU、CBU，當(dāng)前母線電壓為48伏到54伏系統(tǒng)。下一代AI高壓系統(tǒng)中，電網(wǎng)基本不變，電源改變，備份單元置于電源內(nèi)，母線電壓升至HVDC（正負(fù)400伏、800伏甚至1500伏）。

水原徳健指出，高壓是未來趨勢，提升AI服務(wù)器功效需從電源側(cè)提高AC/DC、DC/DC效率，以及在服務(wù)器機架提高功率密度。這對半導(dǎo)體廠商提出開發(fā)高效高功率密度功率半導(dǎo)體器件、聯(lián)合各方推進(jìn)高壓技術(shù)、實現(xiàn)產(chǎn)品量產(chǎn)全球化QCDS體系三大要求。

羅姆優(yōu)勢：多領(lǐng)域布局與合作共贏

羅姆在全球半導(dǎo)體領(lǐng)域優(yōu)勢顯著，是全球屈指可數(shù)的同時擁有功率和模擬技術(shù)的廠商。功率器件方面，涵蓋硅、碳化硅和氮化鎵三種材料。硅產(chǎn)品主要有IGBT和MOSFET，根據(jù)工作頻率和功率應(yīng)用于不同場景，羅姆可提供配套驅(qū)動器及AC/DC、DC/DC產(chǎn)品，提供整套方案。

羅姆與眾多電源設(shè)備廠商建立深度戰(zhàn)略伙伴關(guān)系，其EcoGaN™產(chǎn)品被臺達(dá)電子Innergie品牌的45W輸出AC適配器“C4 Duo”采用，雙方已締結(jié)電源系統(tǒng)用功率元器件戰(zhàn)略合作關(guān)系。此外，羅姆的EcoGaN™被村田制作所Murata Power Solutions的AI服務(wù)器電源采用，科索3.5kW輸出AC-DC電源單元“HFA/HCA系列”采用羅姆的EcoSiC™。

羅姆解決方案：針對800伏與熱插拔精準(zhǔn)發(fā)力

在AI服務(wù)器中，電源側(cè)和服務(wù)器側(cè)對產(chǎn)品要求不同。電源側(cè)主要用硅或碳化硅產(chǎn)品，羅姆可提供全系列碳化硅產(chǎn)品；服務(wù)器側(cè)DC/DC分為一次側(cè)和二次側(cè)，一次側(cè)羅姆提供碳化硅和氮化鎵產(chǎn)品，二次側(cè)提供多種硅產(chǎn)品。

以IT機架電源解決方案為例，一次側(cè)應(yīng)用碳化硅1200伏產(chǎn)品，封裝有貼片和插件兩種，導(dǎo)通電阻低。如Ruby機型效率達(dá)98%及以上，用碳化硅可沖擊99%效率。二次側(cè)DC/DC為低壓產(chǎn)品，要求開關(guān)損耗小、導(dǎo)通電阻低，羅姆開發(fā)的產(chǎn)品使功率密度達(dá)129W/in³。針對更高功率密度需求，氮化鎵可應(yīng)用于高頻場景，如從100千赫茲提升到500千赫茲，硅和碳化硅難以勝任，氮化鎵可使元器件及外圍電感電容變小，功率密度提升至246W/in³。

羅姆在芯片和封裝領(lǐng)域持續(xù)創(chuàng)新。水原徳健表示，羅姆在芯片方面，SiC芯片已到第4代，第5代樣品已開始出貨，預(yù)計明年將投入批量生產(chǎn)，兩年后推出第6代，隨后推出第7代，研發(fā)周期縮短。第5代相比第4代導(dǎo)通損耗和開關(guān)損耗降低30%，更節(jié)能。封裝方面，針對電源現(xiàn)有封裝，推出TO-247兩個合并封裝的DOT-247和小型模塊HSDIP20，滿足不同設(shè)計需求。羅姆還與英飛凌合作，如英飛凌采用羅姆原創(chuàng)的DOT-247封裝，羅姆生產(chǎn)英飛凌的D - DPAK系列，實現(xiàn)互利共贏。

熱插拔是AI服務(wù)器重要需求，運轉(zhuǎn)中拔出槽位會產(chǎn)生瞬間浪涌電流，可能擊穿設(shè)備。熱插拔系統(tǒng)包含MOS、電流檢測電阻和控制器。羅姆MOSFET產(chǎn)品“RY7P250BM”的SOA（安全工作領(lǐng)域）范圍寬，便于客戶設(shè)計和使用；導(dǎo)通電阻低，可承載大電流，在AI市場應(yīng)用良好，還被全球知名云平臺企業(yè)認(rèn)證為推薦器件。此外，羅姆還在開發(fā)熱插板控制IC，其電阻產(chǎn)品也具有優(yōu)勢，如貼片產(chǎn)品尺寸多樣，SOA范圍寬、導(dǎo)通電阻低。

總結(jié)

作為全球屈指可數(shù)的同時擁有SiC、GaN、Si及LSI業(yè)務(wù)的半導(dǎo)體制造商，羅姆通過與全球頭部企業(yè)建立的合作伙伴關(guān)系，致力于為AI服務(wù)器市場貢獻(xiàn)力量。

“羅姆可以提供的產(chǎn)品不僅包括以高功率效率和高功率密度助力降低功耗的SiC、GaN產(chǎn)品，還包括適用于HSC的Si MOSFET、隔離型柵極驅(qū)動器和電源IC等外圍元器件，可滿足最新AI服務(wù)器的多樣化需求。”水原徳健表示，羅姆期望憑借功率元器件×模擬技術(shù)助力滿足AI服務(wù)器的高電壓趨勢與節(jié)能化需求，為實現(xiàn)應(yīng)用AI技術(shù)的豐富多彩的未來社會貢獻(xiàn)力量！