隨著人工智能（AI）技術(shù)的迅猛發(fā)展，現(xiàn)代數(shù)據(jù)中心正面臨著前所未有的電力消耗挑戰(zhàn)。據(jù)國(guó)際能源署估計(jì)，2022年全球數(shù)據(jù)中心消耗了約460太瓦時(shí)（TWh）的電力，占全球總電力的2%。預(yù)計(jì)到2025年，這一數(shù)字將增至至少650 TWh。為了在激烈的AI競(jìng)賽中保持競(jìng)爭(zhēng)力，科技巨頭和初創(chuàng)公司不斷追求更高的計(jì)算能力，這使得數(shù)據(jù)中心的電力需求大幅攀升。

傳統(tǒng)的中央處理器（CPU）每個(gè)功耗約為300瓦，而為數(shù)據(jù)中心提供高壓配電的交流-直流（AC-DC）電源通常為多達(dá)10個(gè)這樣的芯片供電，總功率可達(dá)3,000瓦。最新的AI加速器，如NVIDIA的Hopper GPU，功耗更高，目前每個(gè)加速器需要高達(dá)700瓦，預(yù)計(jì)到2025年其Blackwell GPU的額定功耗將達(dá)到1,000瓦或更高。單個(gè)數(shù)據(jù)中心GPU消耗2千瓦或更多功率將成為常態(tài)，導(dǎo)致整個(gè)機(jī)架服務(wù)器的功率消耗從當(dāng)前的15至30千瓦躍升至90甚至120千瓦。

當(dāng)電力從電網(wǎng)進(jìn)入數(shù)據(jù)中心后，會(huì)經(jīng)歷多次轉(zhuǎn)換才能到達(dá)服務(wù)器核心的CPU、GPU及AI芯片。首先，電源單元將高壓交流電轉(zhuǎn)換為適配服務(wù)器及其內(nèi)部電路板的穩(wěn)壓直流電。多年來(lái)，標(biāo)準(zhǔn)直流電壓為12伏特，但隨著電力需求的增長(zhǎng)，這種方法帶來(lái)的損耗變得難以忽視。因此，業(yè)界正在轉(zhuǎn)向48伏特系統(tǒng)，以減少所需的電流，從而降低傳輸過(guò)程中的能量損失。

然而，由于CPU、GPU和其他現(xiàn)代芯片內(nèi)部的處理器內(nèi)核使用的電壓已降至不足一伏特，所以需要多個(gè)不同的電壓軌來(lái)支持高功率運(yùn)行。為此，工程師們引入了中間總線轉(zhuǎn)換器（IBC），它能將48伏特轉(zhuǎn)換為12伏特本地總線電壓，再通過(guò)電壓調(diào)節(jié)模塊進(jìn)一步轉(zhuǎn)換為處理器內(nèi)核所需的低電壓，以此優(yōu)化“最后一英寸”的供電效率。

每次電力轉(zhuǎn)換都會(huì)產(chǎn)生一定的浪費(fèi)，并伴隨熱量的生成。在超大規(guī)模數(shù)據(jù)中心中，亞馬遜、谷歌和微軟等企業(yè)需要120千瓦的機(jī)架功率來(lái)運(yùn)行AI服務(wù)器的核心組件，但大約12%的電力在進(jìn)入GPU之前被浪費(fèi)掉，產(chǎn)生了15千瓦的熱量，必須依靠水冷或其他形式的液體冷卻來(lái)處理。面對(duì)如此巨大的熱管理和效率提升壓力，半導(dǎo)體行業(yè)正積極投資于更先進(jìn)的電源拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和同步整流等新技術(shù)，力求最大程度地消除低效環(huán)節(jié)。

位于數(shù)據(jù)中心開(kāi)關(guān)電源（SMPS）核心的金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)晶體管（MOSFET）是提高系統(tǒng)效率和功率密度的關(guān)鍵部件之一。盡管硅基器件在過(guò)去幾十年里一直是電力電子領(lǐng)域的主流選擇，但碳化硅（SiC）材料憑借其卓越的開(kāi)關(guān)性能和更低的寄生電容，已經(jīng)開(kāi)始在數(shù)據(jù)中心配電領(lǐng)域嶄露頭角。安森美最新推出的650V EliteSiC MOSFET不僅繼承了SiC在電動(dòng)汽車領(lǐng)域的成功經(jīng)驗(yàn)，還為數(shù)據(jù)中心帶來(lái)了顯著的能效改進(jìn)，成為未來(lái)綠色計(jì)算不可或缺的一部分。

綜上所述，隨著AI算力需求的持續(xù)增長(zhǎng)，數(shù)據(jù)中心面臨的電力挑戰(zhàn)日益嚴(yán)峻。碳化硅技術(shù)的應(yīng)用有望大幅減少電力損耗，提升整體能效，助力實(shí)現(xiàn)更加環(huán)保且高效的計(jì)算環(huán)境。在全球范圍內(nèi)，各大科技公司和研究機(jī)構(gòu)將繼續(xù)探索創(chuàng)新解決方案，共同推動(dòng)數(shù)據(jù)中心向低碳化轉(zhuǎn)型。