نیمه هادی هایی که برای تامین انرژی تجهیزات صنعتی، خودروسازی، محاسباتی و مصرفی استفاده می شوند، به اندازه تراشه های سیلیکونی که کاربردهای دیگر را فعال می کنند، شناخته شده نیستند. با این حال، آنها تقریباً 10٪ از درآمد کلی نیمه هادی ها را تشکیل می دهند که آنها را به یک بازار 30 میلیارد دلاری تبدیل می کند.
نیمه هادی های قدرت، و به ویژه نیمه هادی های باندگپ گسترده، برای تلاش های جهان برای دستیابی به اهداف پایداری حیاتی هستند. دستگاه های باند گپ گسترده می توانند در ولتاژها، فرکانس ها و دماهای بالاتر نسبت به سایر تراشه ها کار کنند که کارایی دستگاه را بهبود می بخشد. دو ماده، کاربید سیلیکون (SiC) و نیترید گالیم (GaN)، به ویژه مرتبط هستند. آنها جدید نیستند، اما تاکنون تقاضا برای آنها به دلیل نگرانی در مورد کاربرد، هزینه و قابلیت اطمینان آنها یا ظرفیت موجود محدود شده است.
با این حال، این شروع به تغییر کرده است. نیمه هادی های SiC و GaN بیشتری در تجهیزاتی مانند توربین های بادی، اینورترهای فتوولتائیک، موتور محرکه ها و وسایل نقلیه الکتریکی و هیبریدی به کار گرفته می شوند. بازار آنها اکنون به طور قابل توجهی سریعتر از بازار نیمه هادی های قدرت سیلیکونی در حال رشد است. ما انتظار داریم که درآمد از 3 درصد بازار نیمه هادی های برق در سال 2022 به 13.1 درصد در سال 2027 افزایش یابد.
نیاز به کارایی باعث رشد می شود
با تلاش کشورها برای دستیابی به امنیت انرژی بیشتر، و کسب و کارها و صنایع به دنبال بهبود بهره وری انرژی و دستیابی به اهداف کاهش کربن، حرکت برای بهره وری ادامه خواهد یافت. بسیاری از بخش ها تحت فشار بیشتری قرار خواهند گرفت تا تأثیر خود را به حداقل برسانند. این شامل مراکز داده می‌شود که در حال حاضر انرژی بر هستند و با توجه به پیشرفت‌های هوش مصنوعی (AI) می‌توانند از این هم بیشتر شوند.
هوش مصنوعی به قدرت محاسباتی قابل توجهی نیاز دارد و اپراتورهای مراکز داده با کارایی بالا که این سطح از محاسبات را ممکن می‌سازند، می‌خواهند اطمینان حاصل کنند که امکانات آنها می‌توانند حجم کار را به طور مؤثر مدیریت کنند، بنابراین هزینه‌های انرژی و ردپای آنها بیش از حد نمی‌شود. منابع تغذیه برای دستیابی به این امر حیاتی هستند و نیمه هادی های باندگپ گسترده و به طور خاص GaN می تواند به اپراتورها در صرفه جویی در سه زمینه کمک کند: اتلاف انرژی، هزینه های خنک سازی مراکز داده و فضای مورد نیاز برای سرورها.
مراکز داده انرژی زیادی مصرف می کنند، اما در ولتاژ بالا کار نمی کنند، به این معنی که نیمه هادی های GaN که معمولا در دستگاه هایی مانند شارژر لپ تاپ، تبلت و تلفن استفاده می شود، ممکن است مزایای بیشتری نسبت به نیمه هادی های SiC که بهینه شده اند ارائه دهند. برای صنایعی مانند انتقال نیرو و خودرو.
دستگاه‌های GaN انرژی از دست رفته در مراکز داده را با کارایی بیشتر در منبع تغذیه سرور اصلی کاهش می‌دهند. مقاومت عالی و سرعت سوئیچینگ بالا که در راه حل های مبتنی بر GaN قابل دستیابی است منجر به تلفات انرژی بسیار کمتری می شود. این امر تقاضای انرژی رک سرور را کاهش می دهد و همچنین می تواند تقاضای سیستم های خنک کننده در مرکز داده را کاهش دهد.
با هم، کاهش در اتلاف انرژی و نیازهای خنک کننده به این معنی است که مصرف انرژی می تواند کاهش یابد. شرکت نیمه هادی قدرت، Infineon، در حال سرمایه گذاری در فناوری GaN است و خرید GaN Systems را در اواخر سال گذشته به پایان رساند. بر این باور است که اگر اپراتورها از سیلیکون به واحدهای منبع تغذیه مبتنی بر GaN بروند، مقدار انرژی مورد استفاده در یک مرکز داده می تواند 10 درصد کاهش یابد. در ادامه می‌گوید که در صورت تعویض همه مراکز داده، سالانه 20 تراوات ساعت انرژی صرفه‌جویی می‌شود.
صرفه جویی در فضا
در نهایت، استفاده از GaN تولیدکنندگان را قادر می‌سازد تا اندازه منابع تغذیه را کاهش دهند. در یک مرکز داده، استفاده کارآمدتر از فضا، فضای بیشتری را برای CPU و GPU ایجاد می کند، که اجزایی هستند که برای اپراتورها درآمد ایجاد می کنند. این بدان معنی است که آنها می توانند از مرکز داده موجود خود درآمد بیشتری کسب کنند یا کارایی را در امکانات جدید خود ایجاد کنند.
توسعه یک راه حل تایید شده
با وجود مزایای بالقوه، Omdia انتظار ندارد که اپراتورها منابع تغذیه خود را فوراً ارتقا دهند. در عوض، ما انتظار یک تغییر تدریجی تر را داریم. اپراتورها ممکن است منتظر بمانند تا دستگاه های موجودشان به پایان عمر طبیعی خود برسند و در آن نقطه فناوری های کارآمدتری را در نظر بگیرند. همچنین ممکن است تولیدکنندگان نیاز داشته باشند که اپراتورها را متقاعد کنند که نیمه هادی های GaN که در حال حاضر در کاربردهای کم هزینه و حاشیه کم استفاده می شوند، به اندازه کافی برای محیط مرکز داده حیاتی قوی و قابل اعتماد هستند. در یک مرکز داده، خرابی می تواند تأثیر مالی و اعتباری قابل توجهی داشته باشد، بنابراین اپراتورها بعید است که ریسک کنند.
با این حال، می توان از بازار خودروهای هیبریدی و الکتریکی درس گرفت. در آنجا، نیمه هادی های SiC به طور فزاینده ای برای افزایش برد و عملکرد خودرو مورد استفاده قرار می گیرند، که توسط تسلا هدایت می شود. نگرانی های اولیه در مورد این فناوری برطرف شده است و دستگاه ها در حال حاضر با کیفیت و ارزش بالا در نظر گرفته می شوند و سازندگان برای بهبود مستمر فناوری و معرفی ویژگی های جدید سرمایه گذاری می کنند. فرصتی برای نیمه هادی های GaN وجود دارد که به همان شیوه در بازار مرکز داده تکامل پیدا کنند.
تاسیسات تاسیس و زنجیره تامین
سازندگان نیمه هادی موقعیت خوبی برای رشد دارند. دستگاه‌های GaN به روشی مشابه تراشه‌های سیلیکونی تولید می‌شوند، بنابراین امکانات موجود را می‌توان تغییر کاربری داد و یک زنجیره تامین ایجاد شده وجود دارد. با این حال، آنها باید راهی برای حفظ حاشیه و ظرفیت خود بیابند زیرا مراکز داده بیشتری ساخته می شوند. اگر آنها با این چالش روبرو شوند، فرصتی وجود دارد که کارایی خود را با این فناوری های جدید به حداکثر برسانند.
نیاز به محدود کردن تأثیر ما بر روی سیاره هرگز بیشتر نبوده است و دستگاه‌های باندگپ گسترده یک تغییر پله‌ای در سطح کارایی قابل دستیابی ارائه می‌دهند. و چه کسی می‌داند، به مرور زمان، ممکن است فرصتی برای استفاده از هوش مصنوعی که آنها در اختیار دارند برای ایجاد مزایای بیشتر به وجود بیاید.