研究觀點 | 中國半導體行業 AI功率半導體：需求持續增長，供應日益智能化

（來源：匯豐前海證券）

」

匯豐前海證券研究部A股科技硬件行業研究主管何方認為，大功耗計算集羣推動AI用電需求不斷增長，有望成為行業的長期驅動力。

何方

鄭冰儀

電力供應正成為

支持AI縮放定律的關鍵因素

我們認為，算力和數據的增加以及大語言模型規模和參數的增長將持續提升AI智能水平，而未來幾年AI基礎設施投資和更具吸引力的AI應用的面世將推動AI硬件行業增長，因此數據中心和人工智能設備需要更高效的電力和能源供應。

我們認為，部分關鍵細分行業在提升AI設備和裝置的功率密度、功率效率和充電速度方面發揮着關鍵作用，如氮化鎵（GaN）和碳化硅（SiC）類電源供應單元、DrMOS、被動元件（如電感器和貼片電容器）以及電源管理集成電路芯片（如電荷泵）。

AI加速器能耗增大

大語言模型的快速發展推動了AI基礎設施領域創新和投資的加速增長。市場涌現出更多功能強大和先進的計算、網絡連接，內存和存儲技術，以滿足更復雜的工作負載需求。同時，由於單個AI加速器（GPU、ASIC 等）的能耗不斷提升且功率需求曲線趨陡，AI數據中心的能耗持續提高。

數據中心電力消耗預測（按區域）

不同情景下全球數據中心電力需求預測

電源供應模塊（PSU）

有望受益於運算機架電力需求的增長

數據中心的輸配電通常通過不同電力設備的多個傳輸步驟實現。PSU是一種機架級輸電模塊，可將交流電（AC）轉換為直流電（DC），並降低機架內服務器、光模塊和存儲設備的電壓。監管機構要求提高 AC-DC轉換效率和功率密度（瓦/立方英寸），以滿足對更大功耗運算機架的需求。功率密度和功率效率的提升需通過GaN和SiC 基晶體管取代PSU模塊內的硅晶體管來實現。

板上電源有望帶來

單個GPU或CPU輸出功率的增加

DrMOS 集成了金屬氧化物半導體場效應晶體管（MOSFET）及其柵極驅動器，在向 GPU 核心提供電流方面起着至關重要的作用。當前 GPU 耗電量不斷上升，GPU板採用多相電路向核心供應電流，其相位數量隨着 GPU 熱設計功耗（TDP）水平而增加。每個相位含有一個作為電源開關的DrMOS和若干其他被動元件。

電感器和電容器也發揮着重要作用。電感器以磁場的形式儲存電能，並協助將輸入電壓降至GPU核心的工作電壓。因此，用於GPU核心電源的電感器數量與GPU的熱設計功耗相關。電容器通過吸收或釋放過量電壓來防止波動，可有助於確保以合適的電壓水平將電流發送至GPU。

提高充電速度

對AI手機用户的重要性上升

PMIC和充電IC在解決AI時代的電源焦慮問題方面均發揮重要作用。電荷泵等充電IC提供的充電功率更高。電荷泵主要功能是根據充電狀態按比例調整設備的輸入電壓。由於其能量轉換率較高，電荷泵能夠在減少熱量損失的同時實現最高可達300W的充電功率，因而成為快充的較好選擇。

PMIC 有助於更嚴格地控制有限的功率。智能手機各種不同的功能模塊（如 CPU、內存、傳感器等）需要不同的工作電壓，因此需要高效的 PMIC 將電池功率按特定要求轉換並分配給每個組件。

披露附錄

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