往常几十年间，东说念主口和经济步履的快速增长股东了全球动力耗尽的稳步增长，何况展望这一趋势还将执续。这种增长是线下与线上步履共同作用的终结。因此，数据中心的快速膨胀显耀增多了全球电力需求。据揣摸，2022 年全球数据中心耗电量约为240-340 太瓦时（TWh）。比年来，全球数据中心的动力耗尽以每年20-40% 的速率执续增长[1]。

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跟着动力耗尽的增多，关系的二氧化碳排放量也在2022年达到创记载的37 千兆吨。为搪塞这一问题，海外动力署（IEA）漠视了一项全球策略，制定了到2030年必须罢了的枢纽步履标的，旨在扭转排放弧线，并将动力行业加入到使全球变暖限度在1.5℃ 的队列当中[2]。

这些将在2030 年罢了的标的如下：

●   全球可再活泼力装机容量增多三倍：达到11,000吉瓦

●   动力终结提高速率加速一倍：至每年4%

●   提高末端用户的电气化进度：举例电动汽车、热泵

●   将化石燃料产生的甲烷排放量减少75%

●   将化石燃料的使用量减少25%

为了罢了这些标的，咱们必须找到处置决议，以便在电力全链条（发电、输电、储电和用电）的各个能力罢了更智能、更高效的动力经管。而功率半导体工夫则是这一链条各能力的中枢场所。

电气化

在低碳化方面，股东往常占主导地位的化石燃料领域电气化，是减少二氧化碳排放的枢纽。近几十年来，电力在全球最终动力消费中的占比稳步上涨，现已达到20%。未来几年，这一比例将加速增长。在海外动力署的既定政策（STEPS）景况中，到2050 年，电力在全球最终动力消费中的占比展望将达到30%，而在“净零排放（NZE）”景况中，该比例将达到53%[2]。

1   清洁发电

如今，可再活泼力发电约占全球电力坐褥的30%。在STEPS景况中，这一比例展望将提高到70%，在NZE 景况中，将提高到89%[2]。比年来，低碳化的努力还是初显成效——在往常15 年，可再活泼力已从最腾贵的动力变为最经济的采取[3]。

2   CoolGaNTM工夫：以能效为中枢

在应用可再活泼力进行清洁发电的同期，升迁能效相同是罢了低碳化标的的枢纽。这不仅需要想象出耗电量尽可能低的智能高效系统，还需要最大规则地减少这些系统中每一个功率调换能力的损耗。其中，后一个挑战是本文讨论的重心。在往常几十年中，硅（Si）基功率半导体胜利处置了这一蜿蜒。关联词，比年来功率半导体工夫的向上，催生了碳化硅（SiC）和氮化镓（GaN）等宽禁带材料（WBG）工夫，它们为多种应用提供了私有而又显耀的终结升迁和功率密度上风。

图4 展示了硅、SiC 和GaN 这三种功率半导体工夫的共存关系。尽管硅基工夫仍是稠密应用的主流采取，但SiC 工夫在需要使用400 V-3.3 kV 器件的诸多应用中，与前者互为补充，冒昧提供更好的散热性能、更高的可靠性和更为紧凑的处置决议。GaN工夫在40V-750V的低压范围内，与硅基工夫竞争厉害，额外是在高开关频率和较低的功率下，上风更为显然。再回到电气化的话题，尤其是建筑、工业和交通领域对电力的需求。在STEPS 景况中，到2050 年，建筑行业仍然是用电量最大的领域，原因是对家用电器、制冷与供暖，以及滚水的需求执续增长；工业领域仍然是第二大用电行业，其中电动机占比较大。在STEPS 景况中，到2050 年，电动汽车展望将占总用电需求增幅的15%附近，这是因为电动汽车销量将加速增长，成为用电需求增长的主要开出发分。

那么，该何如罢了具有性价比的发电链终结升迁呢？

无人不晓，星巴克在运营中提神终结升迁，勤快摒除坐褥历程中每一秒无用要的花费[4]。相同，工夫处置决议也应该专注于在想象中升迁每一个百分点的终结。宽禁带半导体器件（额外是GaN）在这一领域将锦绣远景。当今，GaN 工夫的一个典型应用是，升迁智高东说念主机和札记本电脑的充电器终结和功率密度，东说念主们大量觉得“GaN 充电器”比非GaN 充电器更新、更小、功率更高。关联词，这仅仅GaN 阛阓后劲的冰山一角。字据阛阓相关公司Yole Development 的2023 年GaN 求教，2023 年至2029 年间，GaN 工夫的累计潜在阛阓范围达到60 亿好意思元，包括处事器、太阳能、电动汽车车载充电器和电机开动安设等多个领域也正在加速向这项改换工夫转型[5]。

在GaN阛阓，英飞凌凭借丰富的分立式和集成式处置决议，以及匹配的限度器和开动器家具组合，获得了显耀发达。英飞凌的CoolGaNTM家具线在奥地利菲拉赫和马来西亚居林的两座200 毫米晶圆厂投产，并与代工合作伙伴密切配合，甚而当先劝诱全球首项300 毫米GaN 功率半导体工夫。

天然高压GaN 开关（频频在600 V 至900 V 之间）等闲应用于PSU 电源和高压电机开动安设等AC-DC领域，但英飞凌最新推出的中压（MV） CoolGaNTM 家具组合正在稠密其他消费类和工业应用中崭露头角。这些家具的电压范围为40 V 至200 V，基于肖特基栅极工夫，与相易电压品级的最好硅基沟槽器件比较，具备更优异的性能想象（FOM）。

CoolGaNTM 氮化镓功率开关器件的优异FOM 升迁了多种应用的性能，并裁减了系统本钱，其中包括独处DC-DC 稳压器、太阳能逆变器、D 类音频放大器、低压电机开动安设、处事器/ 电信IBC 和LiDAR。

60 V-200 V CoolGaNTM 晶体管家具接受3x3 和3x5PQFN（TSON）封装，使用高性能且经济高效的引线框工夫，并排排放多个漏极/ 源极/ 栅顶点子。由于GaN器件具有水平结构，总共三个端子（栅极、漏极和源极）齐位于芯片的归并侧，并通过交错式拓扑结构引出。这种想象最大规则地裁减了封装的寄凯旋应（电阻和电感），并通过优化的热一语气旅途，顺利冷却CoolGaNTM电通顺说念。

这三款40 V CoolGaNTM 器件是GaN 在硅基工夫的基础上作念出的进一步校阅，是一种双向开关（BDS），在导通时支撑双向电流流动，在关断时提供双向电流电压阻断。再次收成于GaN 工夫的水平结构，这些器件分享一个世界源极区域，并配备两个漏极，在尺寸和本钱上优于背对背硅基开关器件！

3   结尾语

跟着动力耗尽的执续增长，以及对可执续发展的需求，咱们需要打造出好的想象、器件和系统，以最大规则地减少动力花费。

正如文中所述，尽管2030 年老向绿色未来的标的是不错罢了的，但这条款在电力链中每一个能力齐高度关怀动力终结的升迁。对此，GaN 工夫展现了在构建高效电力电子系统方面的雄壮潜能，英飞凌的CoolGaNTM等改换家具不错在不增多物料清单（BOM）本钱的前提下，减少再行想象的职责量。

参考文件：

[1] IEA: Data Centres and Data Transmission Networks;

https://www.iea.org/energy-system/buildings/datacentres-and-data-transmission-networks

[2] IEA: World Energy Outlook 2023; IEA; Paris;

https://www.iea.org/reports/world-energy-outlook-2023

[3] Lazard: 2023 Levelized Cost Of Energy+;

https://www.lazard.com/research-insights/2023-levelized-cost-ofenergyplus/

[4] Starbucks Corporation: Recipe for reinvention: Starbucks unveils innovations for better customer, barista experiences;

https://stories.starbucks.com/stories/2022/recipe-for-reinvention-starbucks-unveils-innovationsfor-better-customer-barista-experiences/

[5] Yole Group: Power SiC and GaN maintain their growth trajectories toward beyond $10 B and $2.25 B, respectively,in 2029 despite the headwind from the global economy in the short term;

https://www.yolegroup.com/product/monitor/power-sicgan-compound-semiconductor-marketmonitor/