SiC i GaN zasilają rewolucję AI: półprzewodniki, które zmieniają oblicze centrów danych

Dynamiczny wzrost zapotrzebowania na moc obliczeniową sztucznej inteligencji stawia przed inżynierami nowe wyzwania w zakresie zasilania i efektywności energetycznej. Centra danych AI zużywają już setki megawatów, a każdy procent sprawności ma znaczenie. Półprzewodniki szerokopasmowe – węglik krzemu (SiC) i azotek galu (GaN) – stają się kluczowym elementem tej transformacji. Pozwalają ograniczyć straty mocy nawet o 50%, zwiększają gęstość mocy i otwierają drogę do budowy bardziej wydajnych, skalowalnych i ekologicznych infrastruktur obliczeniowych przyszłości.

Dodaj do ulubionych źródeł w Google
Posłuchaj
00:00

Kryzys energetyczny w centrach danych AI

Rosnące obciążenia obliczeniowe generowane przez sztuczną inteligencję – od uczenia maszynowego po sieci neuronowe – prowadzą do gwałtownego wzrostu zapotrzebowania na energię i emisji ciepła w centrach danych. Tradycyjne systemy zasilania nie są w stanie zapewnić odpowiedniej sprawności, ponieważ energia elektryczna jest wielokrotnie przetwarzana, co generuje dodatkowe straty. Odpowiedzią na te wyzwania są nowe architektury zasilania oparte na prądzie stałym 800 V DC. Zastosowanie półprzewodników szerokopasmowych – węglika krzemu (SiC) i azotku galu (GaN) – pozwala znacząco ograniczyć te straty, tworząc kompaktowe, wysokosprawne układy mocy dostosowane do wymagań nowoczesnej infrastruktury AI.

SiC i GaN – sekret wysokiej sprawności

SiC i GaN należą do grupy półprzewodników o szerokiej przerwie energetycznej, co oznacza, że mogą pracować przy wyższych napięciach, temperaturach i częstotliwościach niż klasyczny krzem. SiC doskonale sprawdza się w aplikacjach wysokiej mocy – oferuje świetne zarządzanie termiczne i niskie straty przełączania. GaN zapewnia ultraszybkie przełączanie i wysoką gęstość mocy, idealną do kompaktowych systemów zasilania.

W odróżnieniu od krzemu, który staje się nieefektywny przy wyższych napięciach, SiC i GaN pozwalają budować mniejsze, chłodniejsze i bardziej wydajne układy. W centrach danych stosuje się je w zasilaczach, przetwornicach i układach przełączających, optymalizując przepływ energii od sieci aż po procesory GPU.

Integracja SiC i GaN w architekturach zasilania AI

Współczesne centra danych AI odchodzą od klasycznych systemów 48–54 V na rzecz architektury 800 V DC. SiC jest wykorzystywany w przetwornicach AC/DC na wejściu, często w topologiach trójpoziomowych (three-level flying capacitor), osiągając sprawność powyżej 99%. GaN dominuje w etapach DC/DC, stosując przetwornice rezonansowe i przełączniki dwukierunkowe.

Dzięki tym technologiom możliwe jest zasilanie całych szaf serwerowych bez konieczności wielokrotnej konwersji energii i stosowania masywnych kabli. Częstotliwość pracy GaN pozwala znacząco zmniejszyć rozmiary transformatorów i elementów pasywnych, zwiększając gęstość mocy nawet do 113 W/cal³.

Redukcja strat mocy – przewaga SiC i GaN

W tradycyjnych systemach krzemowych sprawność wynosi 90–94%, co oznacza, że 6–10% energii zamienia się w ciepło. Układy oparte na SiC i GaN osiągają ponad 98% sprawności, redukując straty nawet o połowę. Przykładowo, jeśli klasyczna przetwornica krzemowa traci 8% energii, jej odpowiednik z GaN – jedynie 2%, co daje redukcję strat o 75%.

Dzięki temu możliwe jest:

  • zwiększenie częstotliwości przełączania bez spadku wydajności,
  • niższy opór w stanie włączenia (R<sub>DS(on)</sub>),
  • większa odporność termiczna i stabilność pod dużym obciążeniem.

Dlaczego warto porzucić krzem?

Krzem, choć przez dekady dominował w elektronice mocy, traci przewagę w środowisku o ekstremalnych wymaganiach, jakie stawia AI. Wymaga większego chłodzenia, ma niższą sprawność i ograniczoną zdolność pracy przy wysokich napięciach. GaN osiąga sprawności rzędu 98,5% w etapach rezonansowych, a SiC przekracza 99% w sekcjach AC/DC – wartości nieosiągalne dla krzemu.

Zastosowania praktyczne: od sieci do GPU

SiC i GaN już dziś znajdują zastosowanie w przetwornicach 12 kW w centrach danych. SiC odpowiada za konwersję AC/DC, a GaN – za etapy DC/DC z wykorzystaniem transformatorów planarnych. W architekturach 800 V układy GaN o napięciu 650 V umożliwiają przełączanie dwukierunkowe, zwiększając elastyczność i moc wyjściową. Technologie te wspierają także systemy magazynowania energii, inwertery i rozwiązania dla tzw. edge AI, a ich kompaktowość pozwala stosować je w modułowych centrach danych oraz w połączeniu z odnawialnymi źródłami energii.

SiC i GaN – fundament zrównoważonej przyszłości centrów danych

Ograniczenie strat mocy to nie tylko korzyść techniczna, lecz także ekologiczna. Wysoka sprawność układów SiC i GaN pozwala zmniejszyć emisję CO₂, poprawia skalowalność systemów i ułatwia osiągnięcie celów zrównoważonego rozwoju. Nowe obudowy, takie jak TOLL czy TO-247, poprawiają odprowadzanie ciepła i umożliwiają łączenie elementów o wysokim prądzie równolegle, co zwiększa niezawodność.

Podsumowanie: zielona rewolucja w zasilaniu AI

Półprzewodniki SiC i GaN rewolucjonizują centra danych AI, ograniczając straty energii nawet o 50% dzięki wyższej sprawności i innowacyjnym architekturom. Od 800-woltowych systemów po zasilacze o wysokiej gęstości mocy – to kluczowe technologie, które pozwolą sprostać rosnącym wymaganiom energetycznym ery sztucznej inteligencji.

Źródło: electronicsmedia

Chcesz częściej widzieć nasze artykuły w Google? Dodaj ElektronikaB2B do ulubionych źródeł
Powiązane treści
Przyszłość infrastruktury AI i elektromobilności - rynek power SiC osiągnie 11 mld dolarów do 2031 roku
GaN na krzemie nowym otwarciem w aplikacjach RF
Upadłość firmy Wolfspeed może przenieść zamówienia SiC do dostawców z Tajwanu
Zasilanie pionowe lekarstwem na problemy z integralnością
Wykorzystanie przełączników SiC/GaN do zmniejszenia strat w układach napędowych silników
Infineon wdraża produkcję na 200-mm podłożach SiC
CBRTP rozwija produkcję 8-calowych podłoży GaN
Infineon wprowadza tranzystory GaN odporne na promieniowanie z certyfikatem DLA JANS do zastosowań kosmicznych
Globalna ekspansja półprzewodników mocy GaN - rynek osiągnie 3,5 mld dolarów do 2031 roku
Schneider Electric rozwija produkcję w USA – nowy zakład w Tennessee wzmocni sektor energetyki i centrów danych
Infineon rozszerza ofertę modułów mocy EasyPACK CoolGaN dla aplikacji wysokonapięciowych
Zobacz więcej w kategorii: Gospodarka
Zasilanie
Unia Europejska zaostrza przepisy w kwestii baterii
Zasilanie
Flex przejął EPC Power. Wzmacnia ofertę zasilania dla centrów danych AI
Komunikacja
Orbitalne centra danych przestają być konceptem rodem z sci-fi
Projektowanie i badania
Infineon i ZuriQ rozwijają współpracę nad skalowalnymi procesorami kwantowymi
Komunikacja
Cisco otworzyło w Krakowie laboratorium sieci dla AI. Niemal 400 szaf serwerowych i 4 MW mocy IT
Zasilanie
Agrowoltaika jako odpowiedź na rosnące problemy energetyczne
Zobacz więcej z tagiem: Zasilanie
Gospodarka
Unia Europejska zaostrza przepisy w kwestii baterii
Gospodarka
Flex przejął EPC Power. Wzmacnia ofertę zasilania dla centrów danych AI
Nowości
Zasilacze z wbudowanym wyłącznikiem zabezpieczającym – optymalizacja szaf sterowniczych

Zobaczyć obiekt oczami radaru, czyli dlaczego potrzebujemy laboratorium do pomiarów RCS?

Radar postrzega świat inaczej niż człowiek. Zamiast obrazu tworzonego przez światło widzialne rejestruje echo wysłanej fali elektromagnetycznej. Na odpowiedź radarową obiektu wpływają nie tylko jego rozmiary, lecz także kształt, zastosowane materiały, częstotliwość oraz kierunek obserwacji. Dlatego dwa przedmioty o podobnych wymiarach mogą być dla radaru widoczne zupełnie inaczej. Jak zatem sprawdzić, co radar rzeczywiście "widzi"? Służą temu pomiary RCS, prowadzone między innymi w specjalistycznych laboratoriach, które zapewniają kontrolowane i powtarzalne warunki oraz umożliwiają uzyskanie dokładności wymaganej w danym zastosowaniu.
Zapytania ofertowe
Unikalny branżowy system komunikacji B2B Znajdź produkty i usługi, których potrzebujesz Katalog ponad 7000 firm i 60 tys. produktów