第三代半導體新突破：1年可為超大型算力中心省電3億度

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【第三代半導體新突破：1年可為超大型算力中心省電3億度】

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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。

九峰山實驗室最新發布的這項研究成果顯示，若將其應用于一座容量為1吉瓦（10億瓦）的大型AI算力中心，一年可節省電量近3億度，相當于減少約2.4億元電費支出。

這標志著第三代半導體技術在實現算力基礎設施綠色低碳化方面邁出了關鍵一步。

作為湖北十大實驗室之一，九峰山實驗室成立于2021年，是湖北深化科技體制改革打造的新型研發機構。該實驗室位于武漢東湖高新區（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

當前，AI模型訓練與推理需求激增，驅動算力中心規模不斷擴大，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87.6億度，堪比一座大型核電站的年發電量。其中，負責將高壓電轉換為芯片所需低壓電的電源模塊，其自身能耗就高達10億度，占總用電量的11%。

同時，據《第一財經》報道，單個AI機柜功率已飆升至600kW，遠高于傳統機柜的15kW，導致散熱耗電占比達到驚人的50%。高能耗已成為制約AI產業規模化可持續發展的核心瓶頸。

面對這一全球性挑戰，九峰山實驗室“智慧瓦特”團隊聚焦“面向AI算力中心的高能效低成本GaN電源模塊”項目，創新提出“以電換算、以GaN為AI節能”的技術路徑。

團隊負責人李思超博士介紹，氮化鎵作為第三代半導體材料，具有優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電源模塊中的硅芯片，可將電能轉換損耗降低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，將理論優勢轉化為可靠產品并非易事。氮化鎵半導體加工工序上千道，精度要求達納米級，任何細微偏差都可能導致芯片失效。

由七名博士組成的核心團隊歷經上百次測試與工藝迭代，最終實現了從材料生長、器件加工、異質集成到模塊封裝的氮化鎵全產業鏈技術閉環，成功完成了產品概念驗證。

這項突破性技術已獲得產業界的積極關注。團隊已與國內多家數據中心電源供應商建立合作，承接商業訂單超千萬元。

在第三屆全國博士后創新創業大賽中，該項目榮獲“新能源與節能環保賽道”全國第七名及銅獎，吸引了大量投融資機構的興趣。

李思超博士表示，產品即將進入中試驗證階段，預計未來3至5年內實現量產，有望滿足千億級市場規模需求，為大規模智算中心提供高效電能轉換解決方案。

在全球范圍內，數據中心能耗增長態勢嚴峻。國際能源署報告指出，到2030年，全球數據中心用電量在AI推動下可能翻倍，達到約945太瓦時。產業巨頭如英偉達也已著手建設10吉瓦級別的超大規模AI數據中心。

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

九峰山實驗室稱，截至今年第三季度，實驗室在研項目已突破300項，并與光谷國資平臺合作轉化了8家化合物半導體相關企業，推動一系列科技成果從“書架”走向“貨架”。

（來源：中國光谷、第一財經；整理：Bell）

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