派恩杰第四代碳化硅产品在AI基建的应用

在 AI 基建中，碳化硅(SiC)凭借高频高效、耐高温、高功率密度等特性，成为解决 “算力飙升与能耗、空间、散热瓶颈” 矛盾的核心材料。从数据中心的电源系统到边缘 AI 设备的稳定运行，派恩杰第四代碳化硅正深度渗透到 AI 基建的全链条。

SiC在AI服务器和数据中心的应用

电源系统中的SiC角色(SST架构)：随着AI训练集群功耗攀升，数据中心供电从传统低压方案向高压直流演进。碳化硅器件可支撑800V乃至更高电压的配电架构，在变电站AC/DC整流、固态变压器和中压DC/DC转换环节中发挥关键作用，实现微秒级的故障隔离，提高供电可靠性 。各大云计算中心正试点这种基于SiC的高压直流供电，以应对单机柜功率动辄数百千瓦的未来需求。

提升供电效率与冷却的应用：碳化硅器件耐高温特性使其在高温环境下仍保持性能，意味着电源和UPS可在更高工作温度下运行，降低空调制冷需求，大幅提高了电源转换效率，直接降低了数据中心的散热压力和PUE指标，缓解了数据中心的散热瓶颈，为建设更高功率密度但能效达标的AI机房提供了可行方案。

相对于传统硅器件的技术优势：

①第三代半导体材料SiC具有高禁带宽度、高击穿场强和高热导率等材料优势，使其功率器件在高压、大功率场景下远优于硅器件;

②碳化硅MOSFET的开关损耗和导通损耗显著降低，可在更高频率下高效工作，这意味着电源变压器、电感等无源件可以做得更小，系统功率密度更高;

③SiC器件耐受更高结温(可达175~200°C)，在环境温度或负载波动较大的情况下仍保持可靠，不易出现热失效;

④相比传统硅MOSFET或IGBT方案，SiC器件能减少约70%的总能量损耗，大幅提升转换效率。

厂商布局

英伟达：面对单柜上百千瓦的新型AI服务器(如含72颗GPU的GB300系统功耗达125~140kW )，英伟达联合电源厂商推动800V直流配电方案，以提高供电效率、减小铜损和系统规模扩展性。

正泰电器：泰芯聚焦于光伏逆变、储能系统和新型高压开关等领域，将碳化硅技术引入正泰的新能源解决方案中 。在数据中心方面，正泰电器作为供配电设备供应商，有望将SiC器件应用于其高效UPS、电源模块和配电单元(PDU)中，以提升效率和降低能耗。

安森美：推出了面向AI数据中心的完整电源解决方案，从交流输入到48V配电再到负载点(PoL)都有相应芯片;与友商联合推动数据中心800V直流供电转型，安森美提供涵盖固态变压器、800V配电和核心降压环节的高效SiC方案 。

英飞凌：针对AI服务器发布了高能效电源装置路线图，新增8kW和12kW级别PSU产品，以满足未来单机架数百千瓦供电的需求。其12kW参考电源效率高达97.5%，功率密度提升至100 W/in³(相比现有3kW电源的32 W/in³)，能够支持每机架≥300kW的输出，大幅缩减系统体积并降低运营成本。

Wolfspeed：Wolfspeed推出了第4代碳化硅MOSFET平台(750V/1200V/2300V系列)，专注提升高功率设计的开关效率和热性能，目标应用包括AI数据中心电源等高压大功率场景。

派恩杰产品在AI基建的应用

AI服务器与数据中心的高效电源管理：

①派恩杰的SiC MOSFET和功率模块可通过低导通损耗和高开关频率特性，显著提升 AI 服务器电源系统的效率。第四代SiC MOSFET在 750V 电压平台下导通电阻低至 7mΩ，开关损耗降低 20% 以上，可直接应用于服务器电源的图腾柱 PFC(功率因数校正)和 LLC 谐振拓扑中;

②在 AI 训练集群中，派恩杰的 2000V 高压 SiC 模块(如 PAA12400BM3)可用于GPU 供电系统，通过降低电压转换级数和提高电流密度，使得供电效率提升，这种设计不仅减少了电源体积，还能支持液冷散热方案，适应 AI 芯片高功率的热设计功耗需求。

AI算力网络的核心节点优化：派恩杰的 750V/1200V SiC 器件广泛应用于 5G 基站的射频电源和基带处理单元。 SiC MOSFET 在 5G 宏基站的高效电源中，较于传统硅基方案可有效提升电源效率，同时支持更高的调制频率，满足 5G 网络低时延、高带宽的需求。

AI能源基础设施的协同优化：

①2000V SiC 功率模块在光伏逆变器中实现高频的峰值效率，相比传统硅基方案年发电量显著提升;

②在储能系统中，SiC MOSFET 可优化双向变流器的充放电效率，使储能 PCS(储能变流器)的年度收益有效增加。这种技术优势直接支撑 AI 数据中心的绿色能源供给，使得光伏电力的消纳率提升，降低对传统电网的依赖。

AI芯片与加速卡的关键支撑：派恩杰的 SiC 器件与主流 AI 芯片形成深度协同，为多种类型GPU 提供多相降压电源，通过低 ESR(等效串联电阻)特性减少纹波，确保芯片在高频运算时的稳定性，1200V SiC MOSFET可将GPU供电系统体积缩小。支持液冷散热;在定制化 AI 芯片中，派恩杰的 SiC SBD用于电源钳位电路，通过快速响应能力保护芯片免受浪涌冲击，提升长期可靠性。

市场趋势与案例分析

全球市场规模与增速：第三代半导体迎来高速成长期，AI数据中心等新兴领域的占比正迅速提升。随着需求爆发，国际巨头正加码投资8英寸产线和原材料供应;同

时，也为中国厂商在局部领域实现突破提供了空间。

中国市场容量与增长：中国作为算力基础设施建设最快的地区之一，数据中心相关市场正迅猛增长。数据中心耗电量亦连年攀升，2021年全国IDC用电超2100亿度，预计2025年将接近4000亿度，占全社会用电比重将从2018年的1.6%升至5.8% 。为降低能耗、提升算力密度，监管层已要求新建大型/超大型数据中心PUE降至1.4以下 。这一系列政策驱动下，采用高效SiC器件来优化电源和制冷系统成为趋势：业内预计数据中心将成为继新能源车之后国内碳化硅应用的新蓝海。随着国产SiC技

术的成熟和成本下降，中国有望涌现更多AI数据中心SiC应用的落地案例。

主要驱动力：

①能效提升和碳减排是SiC在AI基建领域渗透的核心动力。AI模型训练和推理使数据中心功耗激增，供电能耗已占运营成本的30–60%不等 。采用碳化硅器件可以显著降低电源转换损耗，每年为超大规模数据中心节省巨额电费，并减少温室气体排放;

②基于高功率密度需求，传统硅器件难以支撑密集供电和散热需求，SiC/GaN器件则提供了可行方案。

典型应用案例：越来越多实际案例证明了碳化硅在AI数据中心中的价值。

①意大利Riello公司推出的新一代模块化UPS Multi Power2，专为高密度数据中心设计，集成了SiC功率模块;

②科环电子等厂商推出的全SiC服务器电源，已在部分AI机房试点应用，单电源功率从3kW提高到6kW以上且效率超过96%，帮助单机柜供电容量提升同时控制住PUE增长。

随着更多厂商跟进和规模效应显现，碳化硅将在AI算力基础设施中实现更大规模的商业落地，支撑起高速增长的算力需求与可持续发展的能源目标。同时8英寸碳化硅晶圆量产(2025 年成本预计下降 50%)，使其在AI 基建中的渗透率将从当前的 15% 提升至 2027 年的 40%，成为支撑“算力爆发式增长”的关键材料基石。

派恩杰半导体

成立于2018年9月的第三代半导体功率器件设计和方案商，国际标准委员会JC-70会议的主要成员之一，参与制定宽禁带半导体功率器件国际标准。发布了100余款650V/1200V/1700V SiC SBD、SiC MOSFET、GaN HEMT功率器件，其中SiC MOSFET芯片已大规模导入国产新能源整车厂和Tier 1，其余产品广泛用于大数据中心、超级计算与区块链、5G通信基站、储能/充电桩、微型光伏、城际高速铁路和城际轨道交通、家用电器以及特高压、航空航天、工业特种电源、UPS、电机驱动等领域。