碳化硅助力数据中心节能增效，应对AI算力需求激增

随着人工智能（AI）技术的迅猛发展，现代数据中心正面临着前所未有的电力消耗挑战。据国际能源署估计，2022年全球数据中心消耗了约460太瓦时（TWh）的电力，占全球总电力的2%。预计到2025年，这一数字将增至至少650 TWh。为了在激烈的AI竞赛中保持竞争力，科技巨头和初创公司不断追求更高的计算能力，这使得数据中心的电力需求大幅攀升。

传统的中央处理器（CPU）每个功耗约为300瓦，而为数据中心提供高压配电的交流-直流（AC-DC）电源通常为多达10个这样的芯片供电，总功率可达3,000瓦。最新的AI加速器，如NVIDIA的Hopper GPU，功耗更高，目前每个加速器需要高达700瓦，预计到2025年其Blackwell GPU的额定功耗将达到1,000瓦或更高。单个数据中心GPU消耗2千瓦或更多功率将成为常态，导致整个机架服务器的功率消耗从当前的15至30千瓦跃升至90甚至120千瓦。

当电力从电网进入数据中心后，会经历多次转换才能到达服务器核心的CPU、GPU及AI芯片。首先，电源单元将高压交流电转换为适配服务器及其内部电路板的稳压直流电。多年来，标准直流电压为12伏特，但随着电力需求的增长，这种方法带来的损耗变得难以忽视。因此，业界正在转向48伏特系统，以减少所需的电流，从而降低传输过程中的能量损失。

然而，由于CPU、GPU和其他现代芯片内部的处理器内核使用的电压已降至不足一伏特，所以需要多个不同的电压轨来支持高功率运行。为此，工程师们引入了中间总线转换器（IBC），它能将48伏特转换为12伏特本地总线电压，再通过电压调节模块进一步转换为处理器内核所需的低电压，以此优化“最后一英寸”的供电效率。

每次电力转换都会产生一定的浪费，并伴随热量的生成。在超大规模数据中心中，亚马逊、谷歌和微软等企业需要120千瓦的机架功率来运行AI服务器的核心组件，但大约12%的电力在进入GPU之前被浪费掉，产生了15千瓦的热量，必须依靠水冷或其他形式的液体冷却来处理。面对如此巨大的热管理和效率提升压力，半导体行业正积极投资于更先进的电源拓扑结构和同步整流等新技术，力求最大程度地消除低效环节。

位于数据中心开关电源（SMPS）核心的金属氧化物场效应晶体管（MOSFET）是提高系统效率和功率密度的关键部件之一。尽管硅基器件在过去几十年里一直是电力电子领域的主流选择，但碳化硅（SiC）材料凭借其卓越的开关性能和更低的寄生电容，已经开始在数据中心配电领域崭露头角。安森美最新推出的650V EliteSiC MOSFET不仅继承了SiC在电动汽车领域的成功经验，还为数据中心带来了显著的能效改进，成为未来绿色计算不可或缺的一部分。

综上所述，随着AI算力需求的持续增长，数据中心面临的电力挑战日益严峻。碳化硅技术的应用有望大幅减少电力损耗，提升整体能效，助力实现更加环保且高效的计算环境。在全球范围内，各大科技公司和研究机构将继续探索创新解决方案，共同推动数据中心向低碳化转型。