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【第三代半導(dǎo)體新突破：1年可為超大型算力中心省電3億度】

零碳情報(bào)

一種基于氮化鎵（GaN）的新型電源模塊，有望徹底改變超大型AI算力中心“吃電狂魔”的高能耗困境。

九峰山實(shí)驗(yàn)室最新發(fā)布的這項(xiàng)研究成果顯示，若將其應(yīng)用于一座容量為1吉瓦（10億瓦）的大型AI算力中心，一年可節(jié)省電量近3億度，相當(dāng)于減少約2.4億元電費(fèi)支出。

這標(biāo)志著第三代半導(dǎo)體技術(shù)在實(shí)現(xiàn)算力基礎(chǔ)設(shè)施綠色低碳化方面邁出了關(guān)鍵一步。

作為湖北十大實(shí)驗(yàn)室之一，九峰山實(shí)驗(yàn)室成立于2021年，是湖北深化科技體制改革打造的新型研發(fā)機(jī)構(gòu)。該實(shí)驗(yàn)室位于武漢東湖高新區(qū)（中國光谷）。

圖說：李思超手中拿著氮化鎵電源模塊

來源：中國光谷

當(dāng)前，AI模型訓(xùn)練與推理需求激增，驅(qū)動算力中心規(guī)模不斷擴(kuò)大，能耗問題日益尖銳。

一個1吉瓦的超大型AI算力中心年用電量可達(dá)87.6億度，堪比一座大型核電站的年發(fā)電量。其中，負(fù)責(zé)將高壓電轉(zhuǎn)換為芯片所需低壓電的電源模塊，其自身能耗就高達(dá)10億度，占總用電量的11%。

同時，據(jù)《第一財(cái)經(jīng)》報(bào)道，單個AI機(jī)柜功率已飆升至600kW，遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)機(jī)柜的15kW，導(dǎo)致散熱耗電占比達(dá)到驚人的50%。高能耗已成為制約AI產(chǎn)業(yè)規(guī)?；沙掷m(xù)發(fā)展的核心瓶頸。

面對這一全球性挑戰(zhàn)，九峰山實(shí)驗(yàn)室“智慧瓦特”團(tuán)隊(duì)聚焦“面向AI算力中心的高能效低成本GaN電源模塊”項(xiàng)目，創(chuàng)新提出“以電換算、以GaN為AI節(jié)能”的技術(shù)路徑。

團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人李思超博士介紹，氮化鎵作為第三代半導(dǎo)體材料，具有優(yōu)異的電子遷移率和耐高壓、耐高溫特性。

用硅基氮化鎵芯片替代傳統(tǒng)電源模塊中的硅芯片，可將電能轉(zhuǎn)換損耗降低30%，同時使模塊體積縮小30%，成本亦降至硅材料的一半左右。

然而，將理論優(yōu)勢轉(zhuǎn)化為可靠產(chǎn)品并非易事。氮化鎵半導(dǎo)體加工工序上千道，精度要求達(dá)納米級，任何細(xì)微偏差都可能導(dǎo)致芯片失效。

由七名博士組成的核心團(tuán)隊(duì)歷經(jīng)上百次測試與工藝迭代，最終實(shí)現(xiàn)了從材料生長、器件加工、異質(zhì)集成到模塊封裝的氮化鎵全產(chǎn)業(yè)鏈技術(shù)閉環(huán)，成功完成了產(chǎn)品概念驗(yàn)證。

這項(xiàng)突破性技術(shù)已獲得產(chǎn)業(yè)界的積極關(guān)注。團(tuán)隊(duì)已與國內(nèi)多家數(shù)據(jù)中心電源供應(yīng)商建立合作，承接商業(yè)訂單超千萬元。

在第三屆全國博士后創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽中，該項(xiàng)目榮獲“新能源與節(jié)能環(huán)保賽道”全國第七名及銅獎，吸引了大量投融資機(jī)構(gòu)的興趣。

李思超博士表示，產(chǎn)品即將進(jìn)入中試驗(yàn)證階段，預(yù)計(jì)未來3至5年內(nèi)實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，有望滿足千億級市場規(guī)模需求，為大規(guī)模智算中心提供高效電能轉(zhuǎn)換解決方案。

在全球范圍內(nèi)，數(shù)據(jù)中心能耗增長態(tài)勢嚴(yán)峻。國際能源署報(bào)告指出，到2030年，全球數(shù)據(jù)中心用電量在AI推動下可能翻倍，達(dá)到約945太瓦時。產(chǎn)業(yè)巨頭如英偉達(dá)也已著手建設(shè)10吉瓦級別的超大規(guī)模AI數(shù)據(jù)中心。

在此背景下，氮化鎵電源模塊的突破不僅是一次技術(shù)成功，更具備戰(zhàn)略意義，為平衡算力增長與能源約束提供了切實(shí)可行的中國方案。

九峰山實(shí)驗(yàn)室稱，截至今年第三季度，實(shí)驗(yàn)室在研項(xiàng)目已突破300項(xiàng)，并與光谷國資平臺合作轉(zhuǎn)化了8家化合物半導(dǎo)體相關(guān)企業(yè)，推動一系列科技成果從“書架”走向“貨架”。

（來源：中國光谷、第一財(cái)經(jīng)；整理：Bell）

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