التوسع السريع للذكاء الاصطناعي (AI) والحوسبة عالية الأداء (HPC) يغير البنية التحتية لمراكز البيانات العالمية. مع محركات تسريع الذكاء الاصطناعي من الجيل التالي من شركات مثلNVIDIA,المعلومات، وAMDفي حين أن رفوف مراكز البيانات التقليدية تستهلك عادة 10 ٪ 20 كيلوواط ، يمكن أن تتجاوز رفوف الذكاء الاصطناعي المتقدمة 100 كيلوواط.

هذه الزيادة الكبيرة في الطلب على الطاقة تضع ضغوطًا غير مسبوقة على أنظمة توزيع الطاقة، بما في ذلك مصادر الطاقة، ومراقبي الجهد، ووحدات تحويل الطاقة.أصبحت مواد أشباه الموصلات واسعة النطاق ضرورية لتحسين كفاءة الطاقة والأداء الحراري في بنية تحتية الذكاء الاصطناعي من الجيل القادم.

من بين هذه الموادنتريد الغاليوم(GaN) وكربيد السيليكون(SiC) تعتبر على نطاق واسع البديلين الأكثر واعدة للقوانين التقليديةالسيليكون(Si) كلتا المواد تمكن من ارتفاع ترددات التبديل، وتحسين الكفاءة، وأفضل الأداء الحراري، لكنها محسّنة لأنواع مختلفة من تطبيقات إلكترونيات الطاقة.

تستكشف هذه المقالة الاختلافات الأساسية بين GaN و SiC وتدرس كيفية تناسب كل مادة في مشاريع البنية التحتية للذكاء الاصطناعي المتوقعة أن تتوسع بشكل كبير بحلول عام 2026.

لماذا مهمة أشباه الموصلات واسعة النطاق للبنية التحتية الذكية

وقد أدى التوسع السريع في أحمال عمل الذكاء الاصطناعي إلى زيادة استهلاك طاقة مراكز البيانات بشكل كبير. وبالتالي أصبحت كفاءة الطاقة أولوية هندسية رئيسية.حتى تحسن بسيط في كفاءة تحويل الطاقة يمكن أن يترجم إلى وفورات كبيرة في الطاقة على نطاق مركز البيانات.

يقدم أشباه الموصلات واسعة النطاق مثل GaN و SiC العديد من المزايا على أجهزة السيليكون التقليدية:

• فولتاج انقطاع أعلى

• سرعات تغيير أسرع

• انخفاض خسائر التوصيل

• القدرة على ارتفاع درجة حرارة التشغيل

تسمح هذه الخصائص للمهندسين بتصميم محولات طاقة أصغر وأكثر كفاءة وقادرة على التعامل مع كثافة طاقة أعلى، وهو شرط أساسي لمجموعات الذكاء الاصطناعي الحديثة.

خصائص المواد: GaN مقابل SiC

على الرغم من أن كل من GaN و SiC ينتميان إلى فئة أشباه الموصلات واسعة النطاق ، إلا أن خصائصهما الفيزيائية تختلف في الطرق التي تؤثر على تصميم الجهاز وهندسة النظام.

من هذه المقارنة ، يبرز GaN لقدرته على التبديل بسرعة فائقة ، في حين أن SiC يقدم توصيلًا حراريًا متفوقًا وأداء عالية الجهد.

مزايا GaN لأنظمة الطاقة الذكية

الأجهزة القائمة على تكنولوجيا GaN مناسبة بشكل خاص لتطبيقات التبديل عالية التردد.انخفاض شحنة البوابة وأقل خسائر التبديل تمكن محولات الطاقة من العمل في ترددات أعلى عدة مرات من أجهزة السيليكون التقليدية.

بالنسبة للبنية التحتية للذكاء الاصطناعي، يوفر ذلك العديد من الفوائد:

كثافة طاقة أعلى
تتيح ترددات التبديل العالية مكونات سلبية أصغر مثل المحفزات والمكثفات ، مما يتيح تصميمات إمدادات الطاقة الأكثر تكاملاً.

تحسين الكفاءة في أنظمة الجهد المنخفض إلى المتوسط
أجهزة GaN عالية الكفاءة في نطاقات الجهد المستخدمة عادة في مصادر الطاقة للخادم ومراقبي نقطة الحمل.

الحد من متطلبات التبريد
انخفاض خسائر التبديل يترجم إلى انخفاض إنتاج الحرارة، مما يسهل الإدارة الحرارية في بيئات الخادم الكثيفة.

هذه المزايا تجعل GaN جذابة بشكل خاص للتطبيقات مثل:

• مصادر الطاقة للخادم

• محولات التيار المباشر إلى التيار المباشر

• منظومات الجهد الجهد للسرعة AI

مزايا سي سي في البنية التحتية للطاقة العالية

بينما يتفوق GaN في التبديل عالي التردد ، فإن SiC يوفر مزايا فريدة لبيئات الطاقة العالية والجهد العالي.

بفضل موهبتها الحرارية الاستثنائية والحقل الكهربائي العالي ، يمكن أن تعمل أجهزة SiC بشكل موثوق عند فولتات ودرجات حرارة أعلى بكثير من السيليكون أو GaN.

في مشاريع البنية التحتية للذكاء الاصطناعي ، غالبًا ما يستخدم SiC في سلسلة توزيع الطاقة في المرافق العليا ، بما في ذلك:

• وحدات توزيع الطاقة لمراكز البيانات

• محولات الطاقة عالية الجهد

• أنظمة الطاقة المتصلة بالشبكة

الفوائد الرئيسية تشمل:

قدرة عالية الجهد
يمكن لأجهزة SiC التعامل مع التوترات التي تتجاوز 1200 فولت، مما يجعلها مثالية لنظم الطاقة على نطاق واسع.

أداء حراري ممتاز
التوصيل الحراري العالي يسمح بتبديد الحرارة بكفاءة في بيئات ذات الطاقة العالية.

تحسين كفاءة استخدام الطاقة
يقلل سيك الخسائر في التوصيل في تطبيقات الطاقة العالية، وهو أمر بالغ الأهمية لمراكز البيانات الكبيرة التي تستهلك ميغاواط من الكهرباء.

بنية طاقة مركز بيانات الذكاء الاصطناعي

غالبًا ما تجمع مراكز بيانات الذكاء الاصطناعي الحديثة بين تقنيات أشباه الموصلات المتعددة ضمن بنية توزيع الطاقة نفسها.

سلسلة طاقة مبسطة قد تبدو هكذا:

1. شبكة المرافق → الطاقة المتغيرة عالية الجهد

2. محولات عالية الطاقة وتحويل الطاقة (أجهزة SiC)

3. توزيع الحافلات المتبادلة المتوسطة

4. وحدات إمدادات الطاقة للخادم (جهاز GaN)

5. منظمات نقطة التحميل لـ GPUs و AI accelerators

هذه الهندسة المعمارية الهجينة تسمح للمهندسين بالاستفادة من نقاط القوة من كلا المواد: SiC لتحويل الطاقة عالية الجهد و GaN للتردد العالي،توفير الطاقة عالية الكفاءة على مستوى الخادم.

اتجاهات السوق نحو عام 2026

يتوقع محللون في الصناعة أن الطلب على أجهزة أشباه الموصلات واسعة النطاق سيستمر في التسارع حتى عام 2026، مدفوعًا بحوسبة الذكاء الاصطناعي والمركبات الكهربائية وأنظمة الطاقة المتجددة.

العديد من الاتجاهات الرئيسية تشكل السوق:

• زيادة استخدام أنظمة طاقة 800 فولت في مراكز البيانات

• كثافة طاقة أعلى على مستوى الرف تتجاوز 100 كيلوواط

• تركيز أكبر على كفاءة الطاقة والاستدامة

ونتيجة لذلك، من المتوقع أن تتوسع كل من تقنيات GaN و SiC بسرعة، مع كل مادة تخدم شرائح مختلفة من النظام البيئي للإلكترونيات القوية.

الاستنتاج

بالنسبة لمشاريع البنية التحتية للذكاء الاصطناعي المخطط لها لعام 2026، فإن الاختيار بين GaN و SiC ليس بالضرورة مسألة اختيار مادة واحدة على الأخرى.غالباً ما يكون النهج الأكثر فعالية هو دمج كلا التكنولوجيات ضمن بنية الطاقة نفسها.

توفر أجهزة GaN أداءً متميزًا لتحويل الطاقة عالية التردد من الجهد المنخفض إلى المتوسط ، مما يجعلها مثالية لمصادر الطاقة على مستوى الخادم وتنظيم الجهد.أجهزة SiC تتفوق في تطبيقات الجهد العالي والطاقة العالية، مثل واجهات الشبكة وأنظمة توزيع الطاقة على نطاق واسع.

وبما أن مراكز بيانات الذكاء الاصطناعي تستمر في النمو في الحجم والتعقيد، فإن القوى التكميلية لهاتين المواد واسعة الفجوة ستلعب دورا حاسما في تمكين أكثر كفاءة، قابلة للتوسع،وبنية تحتية الحوسبة المستدامة.