AI，点燃第三代半导体黄金时代

作为宽禁带半导体的两大代表材料，氮化镓（GaN）目前在消费电子快充领域蓬勃发展，而碳化硅（SiC）则在新能源汽车的应用场景中逐渐普及。这两种第三代半导体材料各有千秋：GaN以其高开关频率和低开关损耗优势在高频应用中大放异彩，SiC则凭借高电压、高温度工作能力在功率转换领域独树一帜。

如今，随着人工智能的强势崛起，这两种材料的应用边界正在不断拓展，为碳化硅和氮化镓创造了前所未有的增量市场——AI数据中心服务器电源（PSU）。

AI数据中心的电力挑战：

从传统到变革

生成式人工智能的火热应用以及AI芯片算力的爆发式增长，正在重新定义数据中心的电力需求。根据英飞凌的预测，单个GPU的功耗将呈指数级增长，从目前的1000W激增至2030年的约2000W。与此同时，AI服务器机架的峰值功耗将达到惊人的300kW以上——这相当于几年前传统服务器总功耗的数十倍。

更为严峻的是，英飞凌估计到2030年，数据中心的电力消耗可能高达全球的7%，大致相当于印度目前的全国能源消耗量。这一数据清晰地描绘了AI带来的高能耗危机。

在这种背景下，数据中心电源的升级换代成为关键突破口。目前，全球人工智能和超大规模计算数据中心的电源主要有三种规格：CRPS185、CRPS265和开放计算项目(OCP)。由于物理尺寸固定（如CRPS185电源固定为185毫米×73.5毫米×40毫米），人工智能服务器日益增长的功率需求必然要求显著提高功率密度。

传统的基于硅的设备已经达到其性能和效率的上限。在更高电压、更快开关频率和更大功率密度的需求推动下，SiC和GaN等宽禁带半导体成为突破这一瓶颈的关键技术。

碳化硅与氮化镓：

电源升级的技术双引擎

在AI服务器电源应用中，第三代半导体SiC和GaN展现出了明显的互补性。

其中，碳化硅拥有更低的导通电阻（RDS (on)）与更稳定的温度特性，具备优异的高电压、高温工作能力，在硬开关和软开关拓扑中均能优化性能，尤其适合 AC-DC 转换级的功率因数校正（PFC）应用。

而氮化镓则以零反向恢复电荷（Qrr）实现极低的开关损耗，搭配极低的输出电容电荷（Qoss）助力实现零电压开关（ZVS），其高开关频率特性更适配高密度 CRPS 应用，在 DC-DC 转换级的 LLC 转换器中表现卓越。

产业巨头的技术路线与

竞争格局

英飞凌

作为功率半导体领域的领军企业，英飞凌在 AI 服务器电源领域以多产品线布局和清晰的技术路线图构建核心竞争力。2024 年 6 月，英飞凌推出专为 AI 服务器 AC/DC 级开发的 CoolSiC™ MOSFET 400V 系列，相比现有 650V SiC 和 Si MOSFET，该系列产品不仅导通损耗和开关损耗更低，还能将 AI 服务器电源的功率密度提升至 100W/in³ 以上，效率更是高达 99.5%，较传统 650V SiC MOSFET 解决方案效率提升 0.3 个百分点，显著优化了电源系统的能耗表现。针对 AI 服务器常用的 54V 输出平台，英飞凌还开发了 3.3kW 电源专用演示板，通过整合 CoolGaN™、CoolSiC™与 CoolMOS™三种技术，实现 97.5% 的基准综合效率和 96W/in³ 的功率密度，充分满足数据中心对大功率电源的需求。

在技术迭代与未来规划上，英飞凌始终将降低数据中心能耗作为核心方向。在 PCIM Asia 2024 展会上，其相关负责人明确表示，新一代 SiC MOSFET 沟槽栅技术具备更低的导通电阻、更高的开关效率和更佳的可靠性，能够精准匹配 AI 服务器电源的高性能需求。此外，除了现有的 3kW 和 3.3kW 电源产品，英飞凌即将推出 8kW 和 12kW 全新电源，其中 12kW 参考板将成为全球首款达到该性能水平的 AI 数据中心电源，进一步引领行业效率升级。

纳微半导体（Navitas）

纳微半导体的核心优势在于实现碳化硅与氮化镓器件的技术融合，通过互补特性打造高功率密度、高效率的 AI 服务器电源解决方案。2024 年 7 月，纳微基于其 GaNSafe™高功率氮化镓功率芯片和 GeneSiC™第三代快速碳化硅功率器件，正式发布创新型 CRPS185 4.5kW AI 数据中心服务器电源解决方案，该产品不仅实现 137W/in³ 的超高功率密度，效率更是突破 97%，在当前 AI 数据中心电源行业处于领先地位。在此之前，纳微推出的 CRPS 服务器电源参考设计，就已通过 SiC 与 GaN 的结合，显著提升了电源系统的功率密度和能量转换效率，为后续高功率产品落地奠定了技术基础。

为应对 AI 数据中心电力需求的急剧增长，纳微正在加速推进新服务器电源平台的开发，明确提出将功率水平从现有 3kW 迅速提升至 10kW 的目标，相关产品预计于 2024 年第四季度正式推出。这一规划不仅体现了纳微在 SiC/GaN 领域的技术储备，也展现出其抢占 AI 服务器电源市场份额的决心，未来有望进一步推动 SiC 与 GaN 在该领域的融合应用。

安森美半导体

安森美半导体聚焦 AI 服务器电源对输出功率、转换效率、功率密度的 “三高” 核心需求，通过产品组合创新提供针对性解决方案。其推出的最新一代 T10 PowerTrench® 系列与 EliteSiC 650V MOSFET 组合，在设计上实现了 “小封装、高性能” 的平衡 —— 在更小的封装尺寸内，既保证了更高的能量转换效率，又通过优化散热设计提升了器件的长期稳定运行能力，完美适配 AI 服务器电源小型化、高可靠性的要求。

其中，EliteSiC 650V SiC M3S MOSFET 是专门针对数据中心效率挑战研发的核心器件，能够满足 Open Rack V3 (ORV3) PSU 高达 97.5% 的峰值效率要求，为电源系统的高效运行提供关键支撑；而 T10 PowerTrench® 系列则通过先进的封装技术进一步提升散热性能，有效解决了高功率转换过程中的热量问题，同时兼顾了数据中心对电源小型化的需求，为客户提供了兼顾效率与实用性的选择。

EPC

EPC 以低压 GaN 器件为技术核心，在重点布局 AI 数据中心电源领域的同时，也同步拓展 GaN 器件在多场景的应用，形成多元化技术布局。在 2024 年 PCIM 展会上，EPC 展示了两款代表性产品：一是采用 GaN 器件的人形机器人样品，二是搭载 EPC GaN 功率器件的自动驾驶微型车辆车载 LiDAR 组件，充分体现了其 GaN 技术在工业与汽车领域的应用潜力。

而在 AI 数据中心电源领域，EPC 的定位十分明确 —— 聚焦低压转换场景。其可靠性事业部副总裁张胜科在接受集邦咨询采访时表示，EPC 的低压 GaN 器件能够完全满足所有 48V 转 12V 服务器电源转换器的组件需求，凭借高开关频率、低损耗的特性，可有效提升低压转换环节的效率，为 AI 服务器电源系统的整体性能优化提供关键支持，未来有望在低压电源转换领域占据重要市场份额。

德州仪器（TI）

德州仪器在 AI 服务器电源领域的布局起步较早，且注重通过合作加速技术落地与产品推广。早在 2021 年，TI 就与全球知名服务器电源供应商台达达成合作，双方基于 TI 的 GaN 技术和 C2000™ MCU 实时控制解决方案，共同为数据中心开发高效、大功率的企业级电源，这一合作不仅缩短了技术从研发到应用的周期，也让 TI 的 GaN 技术在实际场景中得到了充分验证。

TI 在 GaN 技术和 C2000™ MCU 实时控制解决方案上已积累十年以上的研发经验，通过创新的半导体制造工艺，能够稳定生产高性能的硅基 GaN 器件和配套集成电路。这种技术积累不仅帮助台达等合作伙伴打造出具有差异化优势的电源产品，还能更高效地为全球数据中心提供稳定供电支持，体现了 TI 在电源控制与半导体器件整合方面的深厚实力，也为其在 AI 服务器电源领域的长期发展奠定了基础。

英伟达，怎么看？

在 AI 数据中心技术革新的浪潮中，英伟达正以行业引领者的身份，推动第三代半导体（碳化硅 SiC、氮化镓 GaN）进入黄金发展阶段，众多宽带隙（WBG）半导体供应商与硅片供应商纷纷响应，愿意投入新技术研发以满足英伟达的需求。

英飞凌科技公司系统创新集团负责人 Gerald Deboy 将英伟达比作 “指挥大师”，认为其正引导全球设计出构建和运营数据中心的全新方法 —— 为实现这一目标，英伟达不仅邀请了英飞凌、MPS、纳微（Navitas）、罗姆、意法半导体、德州仪器等半导体企业，共同倡导向 800V 高压直流（HVDC）数据中心电力基础设施过渡，还联合了台达、Flex Power、Lead Wealth、光宝科技、Megmee 等电力系统组件供应商，以及伊顿、施耐德电气、Vertiv 等数据中心系统建设公司，形成覆盖全产业链的技术推进联盟。

Yole Group 电力电子市场和技术分析师 Hassan Cheaito 指出，英伟达对 AI 数据中心的推动，正为氮化镓（GaN）创造类似 “碳化硅（SiC）的特斯拉时刻” 的发展机遇 —— 正如意法半导体早年从特斯拉推动 SiC 应用中显著获益，如今英飞凌与纳微也在激烈竞争中，争取从英伟达引领的新兴 GaN 时代抢占先机。

英伟达推动这一全面技术重构的背后，有着明确的需求逻辑：其计划于 2027 年推出 Rubin Ultra GPU 与 Vera CPU，并在机架内部署更多集群以匹配 AI 算力增长，而此前专为千瓦级机架设计的 54V 机架内配电技术，已无法应对新 GPU 集群所需的每机架功率提升；同时，传统机架电源系统受限于空间限制与铜线过载的物理瓶颈，且电源链中反复的交直流转换不仅能源效率低，还会增加故障风险。因此，尽管 GPU 业务并非电力核心领域，英伟达仍提出对 AI 数据中心电力基础设施进行整体重新设计，而新的 800V HVDC 架构将催生大量新型功率器件与半导体需求。

具体来看，英伟达希望服务器主板直接使用 800 伏直流电，这就需要将 800 伏电压高效转换为负载点电压，而空间限制使这一转换极具挑战。以英飞凌为例，其正研发 800 伏转 12 伏、800 伏转 50 伏的转换器，以向英伟达展示技术在功率密度、效率、外形尺寸、高度等维度的优势。

对于不同电压转换场景所需的器件类型，英飞凌的 Deboy 进一步解释：在高功率、高电压的 data center 电源基础设施中，SiC 凭借耐高压特性占据领先地位；而 800 伏到 50 伏的转换因空间限制需高开关频率，更适合 GaN 技术发挥优势；54 伏到 6 伏的低压中间总线转换（IBC）场景中，GaN 与硅器件均可适用。此外，新的 800V AI 数据中心还需创新型半导体继电器 —— 传统数据中心交流电由普通继电器和开关控制通断，而高压直流系统为确保安全，需要 “能稳定控制过流与浪涌电流的新型半导体元件”。

Yole 集团首席技术与市场分析师 Poshun Chiu 将英飞凌评为 “当前电力电子领域的领导者”，他指出，当 AI 数据中心需要混合电力电子解决方案时，英飞凌在 SiC、GaN、硅半导体三大领域均具备强大技术实力，能覆盖 AI 数据中心电力链的每个阶段，并为各阶段提供适配技术。

但英飞凌并非唯一争夺这一机遇的企业，纳微半导体首席执行官 Gene Sheridan 表示，随着处理器研发与电力需求的关联愈发紧密，英伟达在技术方向上掌握了更多主动权 —— 早在 48 伏技术阶段，英伟达就开始主导设计、组件选择与供应商筛选，“我们每周都与英伟达合作开展评估、特性描述、基准测试和原型设计，助力其找到最终解决方案”。纳微不仅依托自身在 GaN 领域的优势提供 AI 数据中心所需的电力电子方案，还通过 2022 年收购 GeneSiC Semiconductor 完善了宽带隙 IC 产品组合，业务覆盖传统交直流转换器、800 伏直流转换器，以及 “48 伏以下为处理器供电” 的近处理器供电技术；更值得关注的是，纳微通过收购获得的业内最高电压 SiC 技术，为其开辟了新赛道 —— 该技术对开发连接电网的 “固态变压器” 至关重要，Sheridan 认为，除数据中心外，全球电网升级、城市与家庭供电优化、可再生能源接入等场景，未来都将依赖固态变压器，这为 SiC 技术带来了更广阔的应用空间。

不过，英伟达的技术推动也引发了行业对竞争格局的思考：目前尚不确定谷歌、Meta 等超大规模企业，在 2027 年底英伟达推出 Rubin Ultra（预期适配 800V HVDC）前会如何应对。英飞凌的 Deboy 指出，英伟达提前公布数据中心电力基础设施计划，虽成功主导了行业对话，但可能使开放计算项目（OCP）逐渐过时 —— 过去 OCP 在数据中心外形尺寸与机架级标准化中发挥核心作用，而如今 “OCP 进展过慢”，若中间阶段出现差异化架构，可能导致数据中心重新陷入 “技术丛林”，即各解决方案不再兼容，回到 OCP 标准化前的混乱状态。这一趋势可能迫使电力电子设备供应商，需同时为拥有不同技术路线图的多家超大规模企业提供服务，进一步加剧市场竞争。

从市场前景来看，Yole Group 预测在 AI 数据中心市场中，GaN 的增长速度将超过 SiC：SiC 主要聚焦于交直流转换场景，而用于直流转换的 GaN 凭借更高电压潜力，还可拓展至交直流转换领域。“尽管未来三到五年 SiC 有大约 1 亿美元的市场增长空间，但 GaN 的市场机会显然更大”，Chiu 补充道，这一差异不仅源于技术应用场景的广度，更得益于英伟达推动的 800V HVDC 架构对 GaN 高开关频率、低损耗特性的需求释放，为 GaN 技术打开了更大的市场增量空间。

把握第三代半导体AI机遇，

尽在湾芯展 2025

2025 年湾区半导体产业生态博览会（简称 “湾芯展”）将于10 月 15—17 日在深圳会展中心（福田）盛大开幕。作为中国半导体产业的年度盛会，本届展会规模扩容 50%，展示面积突破 60,000 平方米，汇聚 600 + 全球头部企业，预计吸引 60,000 名专业观众，共同见证第三代半导体与 AI 数据中心领域的创新成果与无限商机。

在 AI 数据中心加速向 “高效能、高密度” 升级的时代，湾芯展将重点展示碳化硅（SiC）、氮化镓（GaN）等第三代半导体核心器件，以及基于这些技术的前沿解决方案，全面呈现其在 AI 算力中心、超算平台、高密度服务器中的应用突破。无论是 SiC 器件助力高压电源系统降本增效，还是 GaN 技术推动低压转换环节性能跃升，都将在这里得到最直观的呈现；同时，来自国内外的第三代半导体巨头与 AI 数据中心电源创新企业，将带来最新产品与技术方案，为产业上下游企业创造深度技术交流与合作对接的契机。

区别于传统展会，2025 湾芯展首创 “项目采购展” 模式和全年服务体系，贯穿展前精准匹配供需、展中高效商务对接、展后持续跟踪合作，切实推动百亿级产业合作落地。作为连接全球第三代半导体与 AI 数据中心生态的重要桥梁，湾芯展将助力中国相关产业实现从 “跟跑” 到 “领跑” 的跨越，成为企业开拓市场、拓展合作、洞察行业趋势的首选平台。

半导体行业观察&湾芯展

边缘AI赋能硬件未来创新论坛

2025.10.15

深圳会展中心（福田）

9:00-9:50

观众签到入场

9:50-10:00

开幕致辞

深芯盟

执行秘书长 张建

10:00-10:20

面向个人智能体的端侧大模型芯片

深港微电子学院

副院长 余浩教授

10:20-10:40

释放端侧AI潜力，NPU助力开启硬件创新“芯”时代

安谋科技 Arm China

产品总监 鲍敏祺

10:40-11:00

打造智算时代的新质生产力

深圳云天励飞技术股份有限公司

副总裁 罗忆

11:00-11:20

AI赋能，扬帆出海

中国联通

总监 杨程

11:20-11:40

海外云计算与AI应用的made in china情怀

浪潮云

高级战略总监 张晟彬

11:40-12:00

创新 RISC-V 架构——铸建新一代智算未来

阿里巴巴达摩院（杭州）科技有限公司

商务拓展负责任人 李珏

12:00-13:30

午休&抽奖

13:30-13:50

中国电信国际公司大湾区市场洞察

中国电信

信息科技客户部总经理 张黎明

13:50-14:10

AI新时代下的“通推一体”处理器

知合计算技术（上海）有限公司

首席科学家 苏中

14:10-14:30

大模型部署的规模化实践

魔形智能科技（上海）有限公司

创始人 金琛

14:30-14:50

光计算系统重构智算基建新范式

光本位智能科技(上海)有限公司

产品与市场副总裁 姚金鑫

14:50-15:10

联想凌拓半导体行业高效存储解决方案

联想凌拓科技有限公司

半导体部总经理 余晓丹

15:10-15:30

预见未来：大模型+工程智能赋能半导体未来工厂“制造革命”

深圳智现未来工业软件有限公司

副总裁 朱军

15:30-15:50

AI芯片测试技术发展与挑战

工业和信息化部电子第五研究所

副主任 王之哲

15:50-16:20

圆桌&抽奖

**最终议程以现场为主

扫描下方二维码即可报名

第三代半导体的黄金时代

人工智能的蓬勃发展为第三代半导体开辟了一个全新的增量市场。在这个市场中，碳化硅和氮化镓不再是单纯的竞争关系，而是形成了优势互补的协同效应。

对于碳化硅而言， AI数据中心提供了从新能源汽车之外的第二个重要增长引擎。其在高电压、高功率PFC应用中的优势使其成为AI服务器电源不可或缺的核心器件。

对于氮化镓而言， AI数据中心的高频、高密度需求为其提供了从消费电子快充领域扩展的重要机遇。其在DC-DC转换中的卓越表现正在重新定义电源转换效率的标准。

随着英伟达等行业巨头推动的800V HVDC架构变革，以及各大半导体厂商在技术创新和产业化方面的持续投入，我们有理由相信，第三代半导体在AI数据中心领域的应用将迎来一个黄金发展期。这不仅将推动整个半导体产业的技术进步，也将为实现更加绿色、高效的数据中心基础设施做出重要贡献。

*免责声明：本文由作者原创。文章内容系作者个人观点，半导体行业观察转载仅为了传达一种不同的观点，不代表半导体行业观察对该观点赞同或支持，如果有任何异议，欢迎联系半导体行业观察。

今天是《半导体行业观察》为您分享的第4187期内容，欢迎关注。

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