AI服务器崛起,功率产业链需求 “应声而起”

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人工智能的快速发展推动了对计算能力的需求,尤其是在深度学习、机器学习等领域,AI服务器作为专门为这些计算需求设计的设备,正变得越来越重要。

据相关行业数据显示,2024年全球AI服务器出货量同比增长46%,其中AI服务器市场价值将超过1870亿美元,增长率达69%,占总服务器市场价值的65%。

伴随着AI服务器市场的爆发,主要的云服务提供商如微软、Meta、亚马逊、阿里和谷歌均在积极扩大对云端及AI基础设施的投入,预计其资本支出未来几年均增长将超过30%,这种高需求成为推动AI服务器市场增长的核心动力。

从成本角度来看,功率半导体在AI服务器成本结构中占比相当可观,以SGT MOSFET、SJ MOSFET、Gate Driver、DrMOS为代表的功率半导体在AI服务器的CPU/GPU供电、同步整流、PFC、LLC、散热风扇等重要部件中有广泛应用,份额占比超35%。

那么,随着AI服务器性能提升和功率需求增加,对高性能功率半导体的需求也在同步增长,将直接催化整个功率产业链的发展,包括功率半导体器件、电源模块、散热系统、电力传输和分配设备等。

功率产业链需求“应声而起”

首先,AI服务器持续升级将直接带动服务器电源数量和后备电源需求的增长,并对功率器件的转换效率提高需求。

AI服务器的计算能力不断攀升,对电源功率要求越来越高,主流电源功率需求从5.5-8千瓦攀升至13千瓦,未来可能还会继续提升,这促使电源供应商研发更高功率输出的产品,推动功率半导体器件向高耐压、大电流方向发展。

以英伟达A卡和B卡的功耗为例。英伟达B卡的功耗普遍高于A卡,这主要是因为B卡通常是为更高级别的AI计算和高性能需求而设计,集成了更多的晶体管、拥有更强大的计算核心和更高的显存带宽等,所以需要消耗更多的能量来运行。而A卡则相对更注重在不同应用场景下的平衡,功耗根据具体型号和功能有所不同,但整体相对B卡较低。

据中信证券预测,英伟达B卡的高功耗特点使得服务器电源不断升级迭代,2025/2026年AC/DC环节市场空间分别为230/412亿元,相比较2023年的37亿元,三年有望实现十倍增长。

为了提高功率,这将直接导致服务器电源数量和后备电源的需求增长。一方面,AI服务器通常需要多电源模块配置来保证稳定供电,一般每台AI服务器需4-6个电源模块,相比传统通用型服务器电源配置数量大幅增加;另一方面,AI数据中心对电力稳定性要求极高,UPS(不间断电源)和 BBU(电池备电单元)等后备电源的应用场景不断扩大,以防止数据丢失和系统故障,保障AI服务器的持续运行,从而带动后备电源市场的发展。

除了数量的增长之外,AI服务器同时需要更精确、更智能的电源管理,以实现对多个电源模块的有效控制和监控,这将推动电源管理芯片向更高集成度、更智能化方向发展,增加功率市场中电源管理芯片的市场需求和技术含量。

其次,为了降低能耗和运营成本,AI服务器电源不仅需要提供高功率,还需具备更高的转换效率。

当前,常用的优化功率器件的方案主要有两种:采用高性能功率模块和选用新型半导体材料器件。

智能功率模块(IPM)集成了功率开关器件、驱动电路和保护电路,有更高集成度和可靠性,能精确控制功率和实现保护功能,优化驱动信号波形和时序,减少开关时间和损耗;碳化硅(SiC)和氮化镓(GaN)器件,相比传统硅基器件,它们有更高的电子迁移速度、更宽禁带宽度和更低导通电阻,能在更高频率下工作,减少开关损耗,提升转换效率。

整体而言,AI服务器的高速增长正在刺激功率芯片设计企业加大研发力度,设计出更高效、更智能的功率芯片。那么又有哪些企业深耕其中?

国产厂商产业链全布局

从市场趋势来看,高功率服务器电源市场预计将在2025年中旬或年底迎来井喷式增长。随着技术的不断进步和市场需求的变化,电源供应商的数量可能会趋于稳定,预计不会有大量新玩家进入市场,这有助于维持市场的稳定性和竞争的良性发展。

台达作为全球AC/DC电源供应器龙头,在高功率服务器电源市场占据较大份额,凭借其在电源领域的技术积累和品牌优势,成为英伟达AI芯片的电源大赢家,为众多 AI 服务器厂商提供电源解决方案,但是其产能紧张难以以满足市场需求。麦格米特则是大陆最大的电源企业之一,已经进入英伟达供应链,并以其高端电源产品赢得了市场的认可;而欧陆通则是通过富士康、浪潮信息、联想等一众国产AI服务器厂商,也同样获得了一定的市场地位。

值得提及的是,台达、欧陆通已经成为字节 AI 数据中心的电源供应商。‌

在市场拓展方面,国内厂商在成本控制方面具有一定优势,随着市场竞争加剧,产品价格有下降趋势,厂商需要在保证产品质量和性能的前提下,通过优化生产工艺、降低原材料成本等方式来提高市场竞争力。

在AI服务器的功率模块市场方面,竞争格局呈现出多维度特征。英飞凌、德州仪器、意法半导体等国际企业,凭借长期的技术研发投入和深厚的技术积累,在功率半导体器件和功率模块领域掌握着核心技术。例如英飞凌的 CoolMOS 系列功率 MOSFET,以其低导通电阻、高开关速度等优异性能,在AI服务器功率模块中广泛应用;德州仪器在电源管理芯片方面技术先进,能为功率模块提供精确的控制和高效的电源转换。

这些国际企业拥有丰富的产品线,能够提供从低压到高压、从低功率到高功率的全系列功率模块产品,满足不同客户和不同应用场景的需求。

与此同时,国内的新洁能、扬杰科技、华润微、士兰微等企业近年来在功率半导体技术方面也取得了显著进步。

具体而言,新洁能拥有 SGT - MOSFET、SJ - MOSFET、Gate Driver、智能功率 IC、功率模块等丰富产品,可应用于 AI 服务器 CPU/GPU 供电、同步整流、LLC、PFC 等关键部件;士兰微在功率模块领域取得技术突破,开发出适用于 AI 服务器的高性能功率模块产品,模块集成了多个功率器件,具有更高的功率密度和更好的散热性能,能够满足 AI 服务器对电源模块小型化、高效化的需求;扬杰科技积极布局算力服务器电源领域,与服务器厂商加强合作,为 AI 服务器电源模块提供核心功率器件,随着 AI 服务器市场的增长,有望受益于市场需求的提升。


责编: 邓文标
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