國際功率半導體巨頭跨界淘金

【文／魏聖峰】

過去為了解決電動車快速充電問題發展出來的HVDC架構，無縫轉移到ＡＩ基礎建設來解決電壓問題，造就國際功率半導體大廠的營運扶搖直上、供不應求。

當ＡＩ的發展從GPU/CPU轉向ＡＩ基礎建設設施時，由於高倍速運算需要強大電源供應來源，因而發展出單一ＡＩ機櫃的功耗普遍從過去的20kW暴增到100kW，甚至未來上看1MW（兆瓦）。這麼強大的電流量需要強大的功率半導體元件來應對。過去這四大車用半導體業者因應電動車強大電流研發出來的功率技術，現在能無縫轉移到ＡＩ基礎建設的商機並不是巧合，而是趨勢使然。

當前電動車市場受到中國廉價電動車的衝擊下，歐美各大電動車廠都遭到嚴重的衝擊，連帶影響到車用半導體業者在這方面的需求。從業者最新一季的財報與展望都顯示車用半導體的景氣還在谷底沒有好轉。但ＡＩ資料中心對高效率功率元件的強大需求，剛好承接車用產能的缺口。以前用在電動車的碳化矽晶片，現在賣給Nvidia裝在NVL72的機櫃側邊內。技術的互通性，讓傳統車用晶片業者，就成為ＡＩ時代下解決高電壓直流電方案的新霸主。

解決高壓直流電方案

英飛凌、安森美、意法半導體和安世半導體等業者先前為了提高電動車快速充電需求、減輕車身線束重量而發展出800V高壓直流電（HVDC）架構，剛好能直接用來解決ＡＩ機櫃的供電瓶頸。還有，車用半導體過去五年內因應電動車需求，將寬能隙（WBG）半導體商業化，碳化矽（SiC）和氮化鎵（GaN）這兩個材料剛好成為ＡＩ電源管理的前後段絕配。碳化矽現在被用在ＡＩ資料中心的前段，當交流電（ＡＣ）進到資料中心轉換為高壓直流（ＤＣ）時，碳化矽能在高壓下耐高溫並能減少電力轉換耗損。在ＡＩ伺服器內，要把高壓電降到ＧＰＵ晶片能用的1V，需要極高的功率密度。氮化鎵可以在微小空間內高效切換，縮小電容、電感等被動元件體積，省下來的空間能塞進更多顆ＧＰＵ。

今年ＡＩ雲端資料中心業者砸大錢興建ＡＩ資料中心，每座ＡＩ資料中心動輒數十億元的建置成本，最害怕的事就是資料中心運作到一半時突然電源燒掉，造成電源供應中斷。過去車用半導體零件必須通過極其嚴格的車規認證，必須保證在極端高溫、高震動的環境下穩定運行十五年以上。這樣的嚴格規範，對ＡＩ雲端業者來說，正是最適切的需求。英飛凌、安森美、意法半導體等業者多數採取垂直整合製造的ＩＤＭ模式，自己擁有長晶廠、晶圓廠與封裝廠（如安森美的EliteSiC的一體化佈局）。今年ＡＩ基礎建設呈現爆發式的搶產能階段。這些車用半導體業者當初為了應付汽車供應鏈而建置龐大的自有晶圓產能，當ＡＩ需求一來，他們能夠調配產能，優先滿足利潤更高的ＡＩ訂單，這種穩定的交期是其他公司難以匹敵的。

英飛凌是龍頭廠

來自ＡＩ的訂單改變這些國際功率元件大廠的營運展望，以全球功率半導體龍頭英飛凌來說，ＡＩ與綠能基礎設施訂單積單增加到二五○億歐元，並全面上調全年自由現金流預期。英飛凌從七月起將原本的四個事業部縮減改組為三個全新部門，這項重大組織架構調整的核心目的之一正是為了快速因應ＡＩ帶來的龐大電力與半導體需求。英飛凌今年七月初正式運轉的德國智慧功率晶圓廠，該廠產能將全面鎖定ＡＩ資料中心所需的電源、再生能源以及以軟體定義車用等關鍵應用晶片需求。這座廠英飛凌投資五十億歐元，剛好用來擴充包括ＡＩ所需的關鍵電源晶片。由於英飛凌在功率半導體具有高度競爭力，改組後的新架構與新工廠產能，將能更靈活生產ＡＩ伺服器所需的超高效率電力管理晶片，解決ＡＩ算力帶來的供電和散熱瓶頸。英飛凌主打從電網到晶片核心（Grid-to-Core）的完整電源樹（Power Tree）解決方案，提供從高壓交流電ＡＣ一條龍轉換到晶片核心低壓直流電的所有硬體，以及導入先進的氮化鎵與碳化矽第三代半導體，讓電源樹的樹幹更有效率、體積更小。

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