英伟达因应AI算力大进化,功率需求飙升,启动“电力大革命”,要把AI服务器芯片输出电压从目前的54V大幅拉高至800V,未来更将利用SiC元件升级电力系统,打造效能更高的服务器机柜。
电源厂升级核心,碳化硅是什么
碳化硅(SiC;Silicon Carbide),是一种由硅(Si)与碳(C)化合而成的化合物半导体“材料”。不仅能隙比硅还要来得更宽,同时,还能耐得住超过200度的高温,以及高耐压,并能够在高电压环境下稳定运作,再加上散热性能佳,适合高功率应用,并能提升电力转换效率。
而SiC制造电压、电力系统元件并非新技术,过去就长期被用于5G通讯、电动车(EV)与充电桩的电源模组与逆变器,提升续航力与能源效率,或是再生能源风电、太阳能的逆变器,甚至是工业设备用于高压电源供应、服务马达控制等场合。
SiC时代来了,英伟达电力革命会取代硅
外传英伟达Rubin新一代处理器传出将硅中介层材料升级为碳化硅,英伟达正在施行“电源革命”,致力于推动800V高压直流(HVDC)数据中心架构,并预计2027年达成全面量产。
黄仁勋曾表示,AI服务器的电力消耗将从原本的千瓦(KW)级别,跃升至100万瓦(MW)级别,等同于未来的电力需求将暴增近100倍。
同时,现今普遍的传统54V架构,在铜耗、空间与转换效率上已接近极限,服务器机柜若仍维持传统的配电与电压系统,产生的多重整流、降压等现象,会带来可观损耗与散热负担。
未来这种高压、快速开关的电力环境,就需要通过SiC等宽能隙器件,才能把效率与功率密度拉上去。英伟达2025年5月起,就先后与Infineon、onsemi、Navitas公开合作,明确指向800V HVDC与SiC器件的导入。
不过,在服务器机柜中导入更符合高压、耐热度更高的SiC材料与元件,也并非完全的取代原本芯片内的硅材料,简单区分,有关于芯片本身的封装、CPU、GPU等设计制造技术仍倚靠硅材料;而服务器机柜的架构串联,则因效能提升,而转需依靠更高阶的SiC材料所打造的高压电力系统,才得以负荷。
SiC非新技术,过去为何不用
虽然SiC对于更高阶服务器机柜来说无疑是一大助力,但在过去几年除了本身的高成本外,由于芯片设计、服务器串联所需的电压要求并不高,过去的数据中心与机柜电力架构、设计与供应链,仍处在54V/48V机柜供电的“低level”阶段,让“高level”的SiC优势难完全发挥,在架构设计上也不匹配。
此外,SiC能在在高温高压中产生更稳定的电阻与更低的耗损,然而,SiC元件却也会放大部分部分负面效应,进而产生“Bug”,再加上SiC元件比起低压等电力系统,需要有更精细、谨慎的布线与设计,让电力系统的控制、安规验证相对的也变得更复杂与困难。
SiC元件的导入,也意味着电力系统跟着升级,像是英伟达的800V HVDC数据中心架构,这不单单只是一项元件或是柜设计的改变,而是“整条供应链”都需跟着提升作因应,影响程度相对也变大。
英伟达技术升级,产业链藏高手
如今,SiC成为电源厂的“关键材料升级”。电源厂把SiC功率元件(MOSFET/二极体)导入服务器或者数据中心的电源供应器(PSU)与高压直流(HVDC)配电模组,技术的专业就显得相当重要。
台达电最为显眼,台达电过去就已在2025 Computex 展示800V HVDC整柜电源解决方案,符合英伟达方向,公司也强调产品从“电网到芯片端”的能效提升,不仅出现在供应链中,也预期将成为英伟达升级电源系统下最直接、最大的受惠厂商之一。
而另一家有与英伟达合作展示GB200/GB300及Rubin系统的机柜电源与液冷方案的光宝科,被誉为电源双雄,另还有康舒、全汉后市也都可期。
在SiC功率半导体制程上,汉磊、嘉晶皆拥有 第4代SiC平面型MOSFET制程平台技术,环球晶则有SiC晶圆技术,就是冲着AI电源等应用而去,有望成为未来供应核心之一。
此外,包含台积电、鸿海、广达、纬创、英业达、纬颖、日月光等AI芯片代工制造、先进制程、测试、服务器组装等大厂,或是散热厂如奇𬭎、双鸿等,也有望跟着同乐。
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