“双碳”风口，宽禁带半导体“飞”进数据中心本文转自：中国电子报编者按

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编者按：6月13日至19日是第32个全国节能宣传周，今年活动主题是“绿色低碳，节能先行” 。为响应国家号召，《中国电子报》在宣传周持续发表了绿色数据中心、绿色新基建等相关文章，本文要探讨的是芯片对绿色新基建所能发挥的作用及趋势。
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、光传输等方面有了更高的需求。随之而来，数据中心对电力的需求也愈发高涨，耗电量不断攀升，在“双碳”目标的引领下，如何降低数据中心的耗电量和碳排放成了各企业争相突破的新方向。
在后摩尔时代，具有先天性能优势的宽禁带半导体材料脱颖而出，以碳化硅和氮化镓为代表的宽禁带半导体，凭借其大幅降低电力传输中能源消耗的显著优势，在数据中心的作用逐渐放大，成为全球半导体行业的研究热点。
宽禁带半导体将成数据中心节能小帮手
有数据显示，未来数十年内，数据中心的能源消耗将会疯涨。到2050年，数据中心所使用的能源预计将占全球总消耗的14% ，成为能源消耗大户。
宽禁带半导体主要的市场在电力电子领域，在功率器件方面发挥重大作用。由于宽禁带半导体在导通损耗和开关损耗方面的卓越性能，可以大大降低电力电子方面应用的能耗。创道投资咨询总经理步日欣向《中国电子报》采访人员表示，在数据中心的主要应用是服务器电源模块，宽禁带功率器件在数据中心的主要应用是服务器电源模块，其耐高压、耐高温、低功耗等特性，可显示出竞争优势。
“宽禁带半导体的出现将引导技术转向新的高功率密度和效率、高耐热性能的解决方案，以减少导通损耗和碳排放。在整个能源转换链中，宽禁带半导体的节能潜力可为实现长期的全球节能目标作出贡献。宽禁带技术将推动电力电子器件提高效率、提高密度、缩小尺寸、减轻重量、降低总成本，因此将在数据中心等应用场景中为能效提升作出贡献。”英飞凌科技电源与传感事业部大中华区应用市场总监程文涛向《中国电子报》采访人员指出。
半导体行业专家池宪念对采访人员表示，在服务器电源中使用宽禁带半导体功率器件，可以提升服务器电源的功率密度和效率。此外，还可以整体上缩小数据中心的体积，降低数据中心整体建设成本，同时也更加环保。
碳化硅、氮化镓各有节能方向
目前，由于数据中心、新能源汽车等应用场景仍在高速成长，宽禁带半导体的需求也将逐渐攀升。据Yole 预测，从2021年到2026年，碳化硅需求有望从10亿美元增长至35亿美元，氮化镓需求从不到1亿美元有望增长至21亿美元。

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来源：罗姆
在数据中心领域，碳化硅因为具有极小的反向恢复损耗，所以可以有效降低能耗。氮化镓主要得益于其栅极电容和输出电容对比于硅更小，导通电阻较低，反向恢复电荷很小，因此开关损耗和导通损耗较低。
碳化硅主要应用在服务器电源的PFC中，多采用碳化硅二极管替代硅二极管，碳化硅MODFET替代硅MOSFET 。氮化镓主要应用在服务器电源的PFC和高压DC/DC部分，用氮化镓 MOSFET替代硅MOSFET 。“根据不同的应用场景选用不同的方案，在AC/DC部分，当工作频率高于200KHz ，或者对轻载至半载效率有要求，则优先选用氮化镓；而如果环境干扰比较大，则选择碳化硅更加合适。在DC/DC部分，在12~48V工作电压环境下，优先选用氮化镓，而在高压环境下，则选择碳化硅更合适。”芯谋研究分析师张先扬向采访人员介绍道。