從傳統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中心(IDC)到人工智能數(shù)據(jù)中心(AIDC)的演進(jìn)，本質(zhì)上是一場能源效率與算力密度的極限競賽。AI算力的爆發(fā)正將數(shù)據(jù)中心推向“電力極限”。當(dāng)前國內(nèi)IDC普遍采用的基于UPS的2N架構(gòu)雖能通過雙電源冗余保障可靠性(正常運(yùn)行時(shí)每路負(fù)載率50%，故障時(shí)另一路承擔(dān)100%負(fù)荷)，但設(shè)備配置多、轉(zhuǎn)換級數(shù)多從而導(dǎo)致效率較低。另一方面，在AI服務(wù)器單機(jī)柜功耗攀升至200kW以上的需求面前，基于OCP的50V機(jī)柜總線結(jié)構(gòu)，正面臨GPU功耗劇增與機(jī)柜空間限制的雙重挑戰(zhàn)。這種需求驅(qū)動著從電網(wǎng)側(cè)到GPU供電架構(gòu)的“效率革命”，而碳化硅器件的全面滲透，將讓AI算力的每一度電都發(fā)揮出最大價(jià)值。

SiC器件在IDC數(shù)據(jù)中心中的應(yīng)用

當(dāng)前國內(nèi)主流的數(shù)據(jù)中心采用2N雙母線供電架構(gòu)，其核心設(shè)計(jì)是通過兩套獨(dú)立UPS系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)容錯——正常運(yùn)行時(shí)每路承載50%負(fù)載，故障時(shí)無縫切換至另一路。在標(biāo)準(zhǔn)IDC供配電架構(gòu)中，碳化硅(SiC)器件正從邊緣應(yīng)用走向核心場景，派恩杰SiC MOSFET憑借高可靠性與成本控制能力，已在UPS和服務(wù)器電源兩大領(lǐng)域形成差異化競爭力。盡管UPS的復(fù)合增長率相對較低，但其龐大的存量市場(2024年全球UPS市場規(guī)模達(dá)127億美元)與能效升級需求，正推動SiC器件從"可選技術(shù)"變?yōu)?必選配置"。在傳統(tǒng)IDC數(shù)據(jù)中心中，派恩杰SiC MOSFET主要應(yīng)用于：

01 UPS不間斷電源

傳統(tǒng)UPS采用硅基MOSFET的"整流-逆變"雙變換拓?fù)洌S著SiC MOSFET價(jià)格逐步下行, 主流UPS廠家已開始在新產(chǎn)品開發(fā)中逐步導(dǎo)入(更高效率，更高功率密度，減少占地面積等)，受成本因素制約，1200V/750V/650V 分立器件仍是模塊化UPS首選。

(IDC數(shù)據(jù)中心UPS高效率拓?fù)浼軜?gòu))

(注：圖中藍(lán)色器件適用于SiC MOSFET或SiC Diode)

02 通用服務(wù)器電源(CRPSM-CRPS)

服務(wù)器電源(PSU)是IDC中數(shù)量最龐大的電源設(shè)備，基于Si MOSFET的"PFC+LLC諧振"拓?fù)涫瞧渥顬槌Ｒ姷碾娫捶桨浮RPS(Common Redundant Power Supply)電源的機(jī)殼尺寸限制(40mmx73.5mmx185mm)，80PLUS鈦金級效率要求(甚至更高的紅寶石級)，以及服務(wù)器CPU迭代導(dǎo)致的系統(tǒng)功率增加，這些因素驅(qū)使電源廠家在通用服務(wù)器電源中也開始采用SiC方案。派恩杰750V/650V SiC MOSFET分立器件具有豐富的封裝形式(如TO-247-4, TO-263-7L, TOLL/TOLT, PQPAK等)，客戶可根據(jù)需求靈活運(yùn)用于PFC及LLC設(shè)計(jì)中：

SiC MOSFET憑借其更高的電壓功率容量、優(yōu)異的體二極管與雪崩耐量、優(yōu)異的導(dǎo)熱性和電流沖擊耐受性，以及成熟的驅(qū)動兼容性，在中高壓、高可靠性功率應(yīng)用領(lǐng)域確立了核心優(yōu)勢。另外，派恩杰TO-263-7L，TOLL/TOLT及PQPAK封裝的SiC MOSFET通過增加源極引腳數(shù)量，將鍵合線電感實(shí)現(xiàn)降低，有效抑制開關(guān)過程中的電壓尖峰，使電源模塊的可靠性測試(MTBF)較硅基方案顯著提升。這種"車規(guī)可靠性+IDC適用性"的復(fù)合優(yōu)勢，在各領(lǐng)域服務(wù)器廠商的測試中脫穎而出。

標(biāo)準(zhǔn)IDC的SiC滲透路徑清晰展現(xiàn)了技術(shù)迭代的商業(yè)邏輯：不是追求激進(jìn)的性能突破，而是通過"效率邊際改善×龐大存量基數(shù)"創(chuàng)造商業(yè)價(jià)值。當(dāng)每瓦效率提升帶來的年節(jié)電收益能覆蓋器件成本增量時(shí)，SiC在標(biāo)準(zhǔn)IDC中的普及將進(jìn)入加速期。

AIDC數(shù)據(jù)中心配電架構(gòu)的演進(jìn)

由Nvidia白皮書“800VDC Architecture for Next-Generation AI Infrastructure”可知，隨著GPU架構(gòu)迭代，AI服務(wù)器機(jī)柜功率在2028年即會達(dá)到1MW級別。目前GB200/GB300基本遵循OCP的ORV3(Open Rack V3)標(biāo)準(zhǔn)，即50V Busbar架構(gòu)，此架構(gòu)將AI 服務(wù)器，電源Power Shelf及電池BBU Shelf統(tǒng)一安裝于AI機(jī)柜上。

另由白皮書可知，AIDC的演進(jìn)基本分為三個階段：

延續(xù)50V Busbar架構(gòu)，將Power Shelf的功率逐步提高到設(shè)計(jì)極限

獨(dú)立800V電源柜架構(gòu)(Power Rack)，將電源從AI機(jī)柜中移出，通過獨(dú)立電源機(jī)架為AI機(jī)柜供電

固態(tài)變壓器(SST)架構(gòu)，即通過SST輸出直流800V，并通過800VDC Busway配送至AI機(jī)柜(注：白皮書中提及的MV Rectifier即巴拿馬改進(jìn)方案也為可選方案之一，如中恒電氣已發(fā)布相關(guān)產(chǎn)品)

對比傳統(tǒng)UPS方案，SST方案可顯著節(jié)省電力路徑的轉(zhuǎn)換級數(shù)，從而提高整個AIDC的效率與PUE。

SiC器件在AIDC中的應(yīng)用 AIDC現(xiàn)階段：50VDC Busbar

由上所述，目前AIDC數(shù)據(jù)中心采用的是OCP的Open Rack V3(ORV3 HPR)架構(gòu)：即IT Rack為50V電源總線(Bus Bar)，電源框及電池、超級電容等都安裝于IT Rack上，電源輸入仍為單相交流電，后續(xù)也會支持三相輸入。

PFC與DC-DC 拓?fù)洌?/p>

(注：拓?fù)渲兴{(lán)色表示適用于SiC MOSFET)

800VDC Power Rack階段

PFC與DC-DC 拓?fù)洌?/p>

(拓?fù)渲兴{(lán)色器件適用于SiC MOSFET)

由電源機(jī)柜(Power Rack)引出800Vdc并接入到AI服務(wù)器機(jī)柜中，在AI機(jī)柜中，目前有兩種路徑進(jìn)行降壓轉(zhuǎn)換：

在AI機(jī)柜中安裝800Vdc-50Vdc電源框，機(jī)柜仍然沿用50V Busbar

在AI服務(wù)器中安裝冗余并聯(lián)800Vdc-50Vdc電源模塊(半磚、全磚方式)

固態(tài)變壓器SST階段

PNJ創(chuàng)始人黃興博士，在北卡讀博期間已從SiC器件級到應(yīng)用端，對SST進(jìn)行了深入的研究：

模塊化ISOP結(jié)構(gòu)

N+1或N+2 冗余

隔離開關(guān)用于維護(hù)及故障模塊替換安全操作

單個模塊功率：40kW-100kW

根據(jù)中壓MV范圍與串聯(lián)級數(shù)，1200V-1700V SiC MOSFET是目前最佳選擇

Efficiency: 98+%(基于SiC)

(SST系統(tǒng)ISOP拓?fù)?

SST基本電路拓?fù)洌?/p>

SiC器件在AIDC保護(hù)開關(guān)中的應(yīng)用 固態(tài)斷路器SSCB

相較于機(jī)電斷路器：

基于SiC MOSFET/JFET的固態(tài)斷路器具有微秒級斷開速度

無拉弧現(xiàn)象

無粘連隱患

電子保險(xiǎn)絲 eFuse

eFuse 主要功能：

輸入浪涌電流控制(Inrush Limit)

輸入過流及短路保護(hù)(Overcurrent/Short Protection)

輸入過壓保護(hù)

過熱保護(hù)

800VDC電源模塊輸出Oring FETS

主要用于：

Power Rack 800Vdc 模塊輸出側(cè)并聯(lián)

反向電流電流保護(hù)

故障隔離

從IDC到AIDC的供電革命中，效率與密度正成為決定性指標(biāo)。SiC MOSFET憑借其優(yōu)越的導(dǎo)通與開關(guān)特性，以及優(yōu)異的熱傳導(dǎo)與抗浪涌能力，正在重構(gòu)數(shù)據(jù)中心電力傳輸與轉(zhuǎn)換鏈路，是現(xiàn)代高效率數(shù)據(jù)中心高效率必不可少的功率器件。機(jī)構(gòu)預(yù)測SiC MOSFET以30%的復(fù)合增長率向IDC與AIDC滲透，隨著SiC MOSFET的生產(chǎn)工藝改善、市場接受度的提高，其價(jià)格也會非常具有競爭力。

派恩杰作為國內(nèi)SiC產(chǎn)業(yè)化先行者，1200V平面柵SiC MOSFET已批量應(yīng)用于高壓直流系統(tǒng)，助力客戶在不同應(yīng)用場景架構(gòu)下，實(shí)現(xiàn)SiC MOSFET在各種電路拓?fù)渲械男首畲蠡{借“高可靠性技術(shù)+全面產(chǎn)品目錄”，在快速增長的第三代半導(dǎo)體市場中，派恩杰正在用實(shí)際部署案例證明：SiC不僅是技術(shù)選擇，更已成為AIDC供電革命的經(jīng)濟(jì)性選擇。

派恩杰半導(dǎo)體

成立于2018年9月，是國內(nèi)領(lǐng)先的第三代半導(dǎo)體功率器件設(shè)計(jì)與解決方案提供商。作為國際標(biāo)準(zhǔn)委員會 JC-70 成員單位之一，我們深度參與寬禁帶半導(dǎo)體功率器件國際標(biāo)準(zhǔn)制定。

公司已量產(chǎn)超過百款 650V / 1200V / 1700V SiC SBD 與 SiC MOSFET 產(chǎn)品，GaN HEMT 系列同步布局。其中，SiC MOSFET 芯片已大規(guī)模導(dǎo)入新能源乘用車及Tier-1動力平臺。

我們的器件廣泛應(yīng)用于數(shù)據(jù)中心、AI計(jì)算、5G基站、儲能與充電樁、軌道交通、高端家電與航空航天等高要求場景，以高效率、高可靠性和高能量密度，助力全球能源轉(zhuǎn)型。