芯耀
与非AI
84
当 AI 算力狂飙突进，数据中心的“电量焦虑”正成为行业最大瓶颈。在这场算力之争的背后，究竟是什么技术在默默支撑？
Question 1、什么是功率半导体？
功率半导体是让电能能够被各类电子设备有效利用的关键芯片，应用范围涵盖手机、电动汽车等多种场景，并在AI 基础设施建设中发挥着重要作用。AI 处理器消耗的每一瓦电力，都必须经由功率半导体完成转换、稳压与输送。我们可以将其比作电力调度员：它控制和转换电能，确保处理器、服务器和散热系统安全、可靠、高效地获得适当的电压和电流。
Question 2、它们究竟是如何工作的？
功率半导体充当超高速的电子开关，每秒可完成数千乃至数百万次通断动作，以此实现不同电压等级间的电能变换，并控制系统内的电流流向。为 AI 工作负载供电的每一瓦电力，在抵达 GPU 之前，都要由功率半导体进行多次调节、降压和稳压。
它们具备三项核心功能：
将电能转换为可用形式（例如，将电网的高压交流电 → 转换为芯片所需的低压直流电）
调节电压和电流（确保 AI 处理器获得稳定、精准的供电）
超高速通断开关（尽可能降低能量损耗，匹配实时算力需求）
每当电力从电网输送到数据中心、从电源输送到服务器，或从服务器主板输送到 AI 处理器时，功率半导体都在幕后发挥作用，确保电能按需、精准、及时输送至目标负载。
Question 3、功率芯片与 CPU 或 GPU 有何不同？
CPU 和 GPU 旨在通过运行算法、训练模型和执行 AI 计算来处理数据。它们是设备的“大脑”。
而功率半导体是设备的循环系统，负责为运算芯片提供规格适配的电能。
Question 4、AI 基础设施中，功率半导体分布在哪些环节？
功率半导体遍布 AI 基础设施全栈，覆盖从电网到处理器的各个环节，它们用于发电和配电系统、数据中心电源、电池备份系统、冷却设备、服务器供电单元、网络设备，以及直接向 GPU/CPU、AI 加速器供电的电压调节模块中。
功率半导体嵌入电力输送链路的每一环：
电网：固态变压器和并网电力转换系统
储能系统 (ESS)：电池储能与能源管理系统，用于存储电力、提供备用电源并帮助平衡波动的 AI 用电负荷
数据中心基础设施：服务器电源、配电单元（PDU）、后备电池系统、散热设备
服务器整机供电：机柜电源模组、电压调节器、AI 服务器供电架构
芯片级供电：直接向 GPU 和 AI 加速器提供精准电能的电压调节模块
Question 5、碳化硅 (SiC) 和氮化镓 (GaN) 等宽禁带材料扮演什么角色？
功率芯片的一项重要创新来自其所采用的材料。碳化硅 (SiC) 和氮化镓 (GaN) 是新一代半导体材料，相较传统硅基器件，能效更高、开关速度更快、功率密度更高。这些优势有助于减少能量损耗和发热，并实现更紧凑的电源系统。
当下 AI 数据中心用电规模持续攀升，对高性能供电的需求激增，SiC 和 GaN 技术可以帮助运营商以更低能耗支撑更多算力。在许多应用中，它们正在推动新一代高效电能转换系统的发展，以支持 AI 基础设施不断增长的规模和能源需求。
Question 6、相比传统硅材料，SiC、GaN功率半导体优势何在？
相较于硅基器件，SiC、GaN导通损耗与开关损耗更低，可支持更高工作电压和更高功率密度。随着 AI 服务器与数据中心向更大功率、复杂供电架构演进，上述特性愈发关键：其结果是提升系统能效、减少发热，为 AI 算力持续扩容提供了更具可扩展性的技术路径。
Question 7、为什么功率半导体对 AI 基础设施的建设如此重要？
AI 算力负载的耗电量达到前所未有的量级；若缺少高能效功率芯片，大量电能会在转换、传输过程中以热能形式损耗。功率半导体能够最小化电力损耗、稳定供电，并实现更高电压、更高密度的系统设计，让数据中心在同等空间内承载更多算力。
如今电力供给、用电成本、散热能力已成为制约 AI 产业扩张的核心瓶颈，而功率半导体是突破该瓶颈的底层支撑技术，让大规模 AI 算力部署在技术和经济上均具备可行性。
Question 8、向 800 V直流架构演进是指什么？为何对AI基础设施建设至关重要？
向 800V 直流架构的演进是迈向更高电压电源架构的一步，旨在提高从电网到 AI 处理器的供电效率。在传输同等功率前提下，更高的电压意味着更低的电流，从而减少了导通损耗并实现了更紧凑的电力传输系统。随着 AI 机架功率超过 100 kW 并持续增长，800V 直流架构有助于提高功率密度、减少散热需求并支持下一代 AI 基础设施。高性能功率半导体是让这类高压系统实现实用化和高效运行的关键支撑。
Question 9、功率半导体在向 800V 直流架构演进中承担什么角色？
功率半导体是实现 800V 直流方案落地的核心支撑器件，负责在数据中心内完成电能的高效变换、调控与保护。电能需要历经多级关键电压变换：从电网电压转换为中间母线电压，最终降压至处理器与内存所需的低压。800V 电压平台要求电能实现高速开关、高精度管理，因此需要高性能器件，在耐受更高电压的同时不损失能效。最终实现更低功率损耗、更少热量产生、更高功率密度，为 AI 算力负载更高效地输送电能。
Question 10、安森美（onsemi）在 AI 基础设施建设中承担怎样的角色？
安森美凭借其智能电源解决方案在 AI 基础设施建设中发挥着关键作用，确保来自电网的能源转化为高性能计算所需的稳定、可用电力——同时在每个转换级最大限度地减少损耗和热量。
通过在碳化硅和氮化镓等先进材料方面的技术领先地位，安森美帮助超大规模数据中心和基础设施提供商在同等空间内运行更多的计算任务，减少散热需求并提高整体系统效率。
当下，电力供给与用电成本日益成为制约 AI 产业发展的首要瓶颈，安森美的核心价值，是以极致效率将电能转化为有效算力——使大规模 AI 在技术和经济上都变得可行。
Question 11、大多数 AI 数据中心已经在使用先进的 SiC 和 GaN 功率半导体了吗？
传统数据中心对小型化、更高能效电源系统并无迫切需求。然而，随着 AI 机架从数十千瓦向数百千瓦甚至兆瓦级机架发展，行业正在转向 SiC 和 GaN 器件，因为它们开关速度更快，以热量形式损失的能量更少，助力打造体积更小、功率密度更高的电源系统。英伟达（Nvidia）计划在 2027 年推动数据中心采用 800V 架构，这将成为推动 AI 行业采用高压供电架构的重要因素，并进一步拉动功率芯片需求。美国银行预测，到 2030 年，这一目标市场规模 (TAM) 将增长两倍。
Question 12、更多数据中心采用更高效率的功率半导体会产生什么影响？
从基本层面来看，如果全球数据中心普及新一代碳化硅功率芯片，能够降低 1% 耗电量，每年有望节省 10 太瓦时 (TWh) 的电力，这足以供一百万个家庭使用一年，或供一个高速铁路网络运行五年。
与此同时，安森美及同行持续开展技术创新，不断提升能效水平与节电潜力。安森美最近突破性的垂直 GaN 芯片，最高可将损耗降低 50%，大幅提升节电空间，同时削减 AI 数据中心的散热负荷与整体能耗。
推荐一份干货资料，助您进一步掌握功率器件在AI数据中心的应用。
扫码下载AI数据中心系统方案指南
