作者

Nihit Bajaj 英飞凌科技 GaN产品高级总监

校对

宋清亮 英飞凌科技大中华区消费、计算与通讯业务高级首席工程师

过去几十年间，人口和经济活动的快速增长推动了全球能源消耗的稳步增长，并且预计这一趋势还将持续。这种增长是线下与线上活动共同作用的结果。因此，数据中心的快速扩张显著增加了全球电力需求。据估计，2022年全球数据中心耗电量约为240-340太瓦时（TWh）。近年来，全球数据中心的能源消耗以每年20-40%的速度持续增长[1]。

随着能源消耗的增加，相关的二氧化碳排放量也在2022年达到创纪录的37千兆吨。为应对这一问题，国际能源署（IEA）提出了一项全球战略，制定了到2030年必须实现的关键行动目标，旨在扭转排放曲线，并将能源行业加入到使全球变暖控制在1.5°C的队伍当中[2]。

这些将在2030年实现的目标如下：

• 全球可再生能源装机容量增加三倍：达到11,000吉瓦
• 能源效率提高速度加快一倍：至每年4%
• 提高终端用户的电气化程度：例如电动汽车、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%

为了实现这些目标，我们必须找到解决方案，以便在电力全链条（发电、输电、储电和用电）的各个环节实现更智能、更高效的能源管理。而功率半导体技术则是这一链条各环节的核心所在。

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情景中，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，以及热水的需求持续增长；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情景中，到2050年，电动汽车预计将占总用电需求增幅的15%左右，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驱动因素。

那么，该如何实现具有性价比的发电链效率提升呢？

众所周知，星巴克在运营中注重效率提升，力求消除生产过程中每一秒不必要的浪费[4]。同样，技术解决方案也应该专注于在设计中提升每一个百分点的效率。宽禁带半导体器件（特别是GaN）在这一领域将大有可为。目前，GaN技术的一个典型应用是，提升智能手机和笔记本电脑的充电器效率和功率密度，人们普遍认为“GaN充电器”比非GaN充电器更新、更小、功率更高。然而，这只是GaN市场潜力的冰山一角。根据市场研究公司Yole Development的2023年GaN报告，2023年至2029年间，GaN技术的累计潜在市场规模达到60亿美元，包括服务器、太阳能、电动汽车车载充电器和电机驱动装置等多个领域也正在加速向这项创新技术转型[5]。

在GaN市场，英飞凌凭借丰富的分立式和集成式解决方案，以及匹配的控制器和驱动器产品组合，取得了显著进展。英飞凌的CoolGaN™产品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协作，甚至率先开发全球首项300毫米GaN功率半导体技术。

虽然高压GaN开关（通常在600V至900V之间）广泛应用于PSU电源和高压电机驱动装置等AC-DC领域，但英飞凌最新推出的中压（MV）CoolGaN™产品组合正在众多其他消费类和工业应用中崭露头角。这些产品的电压范围为40V至200V，基于肖特基栅极技术，与相同电压等级的最佳硅基沟槽器件相比，具备更优异的性能指标（FOM）。