节能芯片：宽禁带半导体各显神通

云计算，人工智能，物联网等高计算领域的爆发式发展，对数据中心的计算，存储，数据通信和光传输提出了更高的要求因此，数据中心的电力需求也在不断上升，耗电量也在不断上升在双碳目标的指引下，如何降低数据中心的功耗和碳排放成为企业突破的新方向

在后摩尔时代，以碳化硅，氮化镓为代表的宽带隙半导体，凭借其大幅降低功率传输能耗的明显优势，在数据中心中的作用逐渐放大，成为全球半导体行业的研究热点。

宽带隙半导体将成为数据中心的节能帮手。

统计显示，未来几十年，数据中心的能耗将会飙升到2050年，数据中心使用的能源预计将占全球总消耗量的14%，成为最大的能源消耗者

宽带隙半导体的主要市场在电力电子领域，电力电子在功率器件中起着重要作用由于宽带隙半导体在传导损耗和开关损耗方面的优异性能，可以大大降低电力电子器件的能耗创道投资咨询总经理卜日新表示，宽带隙功率器件在数据中心的主要应用是服务器电源模块，具有耐高压，耐高温，低功耗的特点，更能显示其竞争优势

宽带隙半导体的出现将引领该技术走向高功率密度，高效率和高耐热性的新解决方案，以降低传导损耗和碳排放在整个能量转换链中，宽带隙半导体的节能潜力可以为长期的全球节能目标做出贡献宽带隙技术将促进电力电子器件提高效率和密度，降低尺寸，重量和总成本，因此将有助于数据中心等应用场景的能效提升凌飞科技电源与传感事业部大中华区应用市场总监程指出

半导体行业专家迟先年告诉记者，在服务器电源中使用宽带隙半导体功率器件，可以提高服务器电源的功率密度和效率此外，还可以整体缩小数据中心的体积，降低数据中心的整体建设成本，更加环保

碳化硅和氮化镓都有各自的节能方向。

目前，由于数据中心，新能源汽车等应用场景仍在高速增长，对宽带隙半导体的需求将逐渐上升根据Yole的预测，从2021年到2026年，碳化硅的需求预计将从10亿美元增长到35亿美元，氮化镓的需求将从不足1亿美元增长到21亿美元

在数据中心领域，碳化硅由于反向恢复损耗小，可以有效降低能耗氮化镓主要是由于其栅电容和输出电容比硅更小，导通电阻更低，反向恢复电荷更低，所以开关损耗和导通损耗更低

碳化硅主要用在服务器电源的PFC中，大多是碳化硅二极管和硅MOSFET被碳化硅MODFET取代氮化镓主要用于服务器电源的PFC和高压DC/DC部分，硅MOSFET被氮化镓MOSFET取代根据不同的应用场景选择不同的方案在交流/DC部分，工作频率高于200kHz，或有轻载至半载效率要求时，优先选用氮化镓，但如果环境干扰大，选择碳化硅更合适在DC/DC部分，12~48V的工作电压环境下首选氮化镓，而在高压环境下更适合碳化硅研究分析师张显扬告诉记者

特别是在服务器电源的PFC中，碳化硅MOSFET具有高频特性，可以实现高效率低功耗，提高服务器电源的功率密度和效率，减小数据中心的体积，降低数据中心的建设成本。

氮化镓在数据中心的低压应用持续增加最近几年来氮化镓技术不断突破，其带来的效率提升帮助数据中心降低成本，大幅降低电费

Yole预计，氮化镓在数据中心的渗透率将继续增加，越来越多的电源供应商已经在其系统中使用氮化镓。

罗姆半导体有限公司技术中心总经理水原·德健表示，罗姆一直致力于开发在中等耐压范围内具有优异高频性能的氮化镓器件，旨在为各种应用提供更广泛的电源解决方案目前，150V耐压GaN HEMTgne 10 xtb系列量产体系已经建立该系列产品非常适用于基站，数据中心等工业设备以及各种物联网通信设备的供电电路

相比碳化硅，全球领先的代工公司TSMC更看好氮化镓的快充，薄，高效等特点TSMC研发中心高级总监段曾表示，TSMC专注于化合物半导体领域的氮化镓相关开发氮化镓经过长期发展，已经逐渐开始被市场接受，预计未来10年将会有更多的应用场景TSMC在GaN的五个主要应用场景包括数据中心，快速充电，太阳能转换器，48V DC/DC和电动汽车OBC/转换器