安森美助力AI数据中心：优化供电架构，提升能效

随着人工智能（AI）技术的迅猛发展，数据中心正面临前所未有的能源消耗挑战。从内容生成到客服聊天机器人，AI 已经渗透进我们日常生活的方方面面。然而，数据处理量的激增与AI模型训练需求的增长，使得数据中心的电力消耗急剧膨胀，引发了关于其可持续性和环境影响的广泛讨论。安森美（onsemi） 作为全球领先的半导体解决方案供应商，正在通过创新的功率半导体技术，帮助数据中心应对这一挑战。

数据中心能耗现状与未来预测

据国际能源署（IEA）估算，2024年全球数据中心用电量将达到约415太瓦时（TWh），占全球总电力需求的1.5%。预计到2030年，这一数字将翻倍至945 TWh，占比升至3%。鉴于数据中心通常密集分布，这可能对局部电网造成显著负荷压力。

AI 模型相较于传统网络应用，其能耗高出约十倍。例如，训练GPT-4需要使用25,000块NVIDIA A100 GPU，持续三个月，耗电量高达50吉瓦时（GWh），成本约为1亿美元。AI 耗电量每六个月翻一番，整个行业的耗电量已堪比一个小型国家。面对如此庞大的用电规模，电能损耗问题日益凸显。电力在输配过程中因电缆电阻导致的电能损耗高达6%，而从电网到GPU的供电路径中，电能需经历四次以上的转换，平均造成**12%**的损耗。

数据中心供电架构优化

为了适应AI的高能耗需求，数据中心正在探索新的供电架构。传统的12伏直流（VDC）总线已被升级为48 VDC以降低电流，但为了满足AI的巨大用电需求，可能需要采用更高电压的±400 VDC总线架构。

功率半导体在高效的电力转换中起着至关重要的作用。碳化硅（SiC）和氮化镓（GaN）等新材料正逐步取代硅材料，因为它们能够制造出紧凑且节能的电源转换器，从而显著降低数据中心的总拥有成本（TCO）。安森美 在这一领域处于领先地位，提供了一系列高性能的SiC和GaN产品，如EliteSiC 650 V MOSFET和T10 MOSFET。

创新技术助力提升能效与可持续性

在数据中心的电力输送过程中，智能SiC和硅（Si）电源解决方案至关重要。电力首先经过固态变压器（SST）和自动转换开关（ATS）控制系统，由柴油发电机提供备用电源。接着，20kV高压交流线路转换为三相400V交流电，然后接入不间断电源（UPS）。在此数据中心供电入口处，EliteSiC分立器件与功率模块可有效提升能效与功率密度。

随后，配电单元在机架层级将三相400V交流电转换为单相230V交流电。其余的电力转换工作都在GPU服务器所在的机架上完成。在电源供应器（PSU）和电池备用单元中，SiC Cascode JFET和PowerTrench T10 Si MOSFET的组合是高功率交流转直流方案的理想选择。其中，大电流SiC Cascode JFET对于下一代超大规模架构中电源供应器从3 kW升级到5 kW至关重要。

安森美的EliteSiC 650 V MOSFET和T10 MOSFET可将230V交流电压先转换为48V直流电压，然后再转换为12V直流电压。此过程的关键在于保持良好的转换效率，以符合Open Rack V3（ORV3）规范所要求的97.5%峰值效率。高转换效率不仅减少了电能损耗，还降低了运营成本和散热需求。

AI数据中心电源管理的未来趋势

在AI数据中心内，能效是最关键的电力参数。因此，必须在各个环节尽可能地降低电能损耗。散热系统消耗了数据中心高达**50%**的电力，而另一半则被IT设备（如服务器、存储系统和电力基础设施）消耗。

安森美作为AI数据中心解决方案的领军企业，提供了从电网到GPU整个供电网络所需的全面解决方案。未来的发展将依赖于先进的宽禁带技术，例如安森美的EliteSiC和垂直GaN。这些技术能够在更高的频率下实现稳健的电力转换，具有更高的效率，支持更紧凑的设计，并能在更高的温度下可靠运行，减少所需散热，从而实现更紧凑的方案，同时降低运营成本。

结语

随着AI技术的不断进步，数据中心的能源消耗将持续增长。通过采用创新的供电架构和高性能功率半导体技术，数据中心可以显著提升能效并减少环境影响。安森美提供的先进解决方案，如EliteSiC和垂直GaN，为数据中心的可持续发展提供了坚实的基础。这些技术不仅提升了电力转换效率，还支持更紧凑的设计，减少了散热需求，从而实现了更加绿色高效的数据中心生态系统。

安森美凭借其在功率半导体领域的深厚积累和技术优势，正在帮助数据中心应对AI带来的巨大能耗挑战。未来，随着更多创新技术的应用，数据中心将在保障AI发展的基础上，实现更高的能源利用效率与更低的环境足迹。这对于推动全球数字化转型和可持续发展目标的实现具有重要意义。

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