大模型掀起新一轮热潮芯片技术能否解决耗电困局?
近日,OpenAI举行了“12天12场直播”活动的首秀,如预期一样带来了推理大模型o1的“满血”版本(即完整版本)和进阶模式,以及每月收费高达200美元(约合人民币1453元)的ChatGPT Pro订阅服务。
大模型新一轮热潮正在袭来。不过,大模型所需要的高性能计算、高带宽存储,也给行业带来了耗电难题。
全球氮化镓领域领先的厂商EPC(宜普公司)联合创始人兼首席执行官Alex Lidow对《每日经济新闻》记者表示:“随着对云计算、人工智能、机器学习和游戏等高密度计算应用的需求急剧增加,数据中心的能耗可能很快会占到世界电力生产的8%。”
大模型带来用电量激增
Alex Lidow表示:“据彭博智库,生成式人工智能市场将以42%的年增长率成长,在10年内,将从2022年时400亿美元的规模扩大至1.3万亿美元……数据中心对电力与算力的需求将急剧上升,随之而来的用电量激增不仅将对运营效率造成压力,更将成为数据中心达成净零排放目标的重大阻碍。”
另据西部证券研究报告,AI行业高速发展,电力需求大幅提升。算力核心设备逐渐由传统的CPU(中央处理器)向GPU(图形处理器)转移,在提升计算效率、实现复杂的数据处理和深度学习模型的同时也带来了高能耗。根据国际能源署(IEA)的数据,2023年英伟达芯片的电力消耗已达7.3TWh,预估至2026年,这一数字将升至2023年的10倍。与此同时,AI服务器电源需求大幅提升。
不仅仅是电力,AI服务器对功率密度的需求也在提升。Alex Lidow表示:“随着AI服务器功率持续提升,对电源转换的需求将倍速增长,以英伟达GPU产品为例,一年前其功率是300W,在今年达到800W,下一年预计将达到1700W。”
AI服务器对电源需求的提升,会使得哪些行业受益呢?
近期,天风国际证券分析师郭明錤就表示,受益英伟达GB200订单情况超乎预期,美国电阻公司威世(Vishay)目前2025年的MOSFET(金属氧化物场效晶体管)产能已满载,预计将贡献营收约20%至30%,毛利率高于平均水准。
对于AI服务器电源业务在当下的增速,一位国内电源管理头部厂商工作人员对《每日经济新闻》记者表示:“我没有(具体)数据,但是日常和销售端交流(得知),应该还是比较乐观的。我们主要提供一些服务器通信接口、隔离之类的产品。”
在A股上市公司中,从事AI服务器电源业务的主要有麦格米特(SZ002851,股价43.04元,市值234.7亿元)、欧陆通(SZ300870,股价82.12元,市值83.11亿元)和奥海科技(SZ002993,股价35.51元,市值98.02亿元)。
不过,根据麦格米特11月1日投资者关系活动记录表,公司所开发的服务器系统电源项目因目前尚处于研发阶段,尚未获得相关客户的正式订单,公司后续尚需与下游系统集成商进行系统匹配测试、取得系统集成商供应资格。
欧陆通则在11月4日至11月15日投资者关系活动记录表中表示:“在产品类型上,数据中心电源主要包括网安、通信及其他数据中心电源、通用型服务器电源、高功率服务器电源,涵盖了800W以下、800W至2000W、2000W以上等全功率段产品系列。在高功率服务器电源产品及解决方案上,公司已推出了包括3200W钛金M-CRPS服务器电源、1300W 至 3600W 钛金CRPS服务器电源、3300W至5500W钛金和超钛金GPU服务器电源、浸没式液冷服务器电源及机架式电源(Power Shelf)解决方案等核心产品。”
第三代半导体是“解法”?
据中金公司研报,AI服务器电源主要分为AC/DC(交流/直流)和DC/DC(直流/直流)两部分。从电网传输到芯片的过程中,电压要从1万~3万伏特降低至0.5~1伏特,在这个过程中数据中心电源架构主要分为保障电路UPS(不间断电源)、机架电源AC/DC、芯片电源DC/DC三个层级。AC/DC的输入是PDU(电源分配单元)输入的交流电,经过降压、整流两个过程输出直流电;DC/DC则进一步将电压调降至芯片可用电压。其中AC/DC电源难点在于有限体积内提升功率密度,而DC/DC则在于如何尽量压降板路损耗。
第三代半导体氮化镓,既可以满足高功率密度,也可以提高电源转换效率。Alex Lidow称:“相较于第一代半导体材料硅和以砷化镓为代表的第二代半导体材料,氮化镓在光和电的转化方面性能突出。且相比硅基产品主要在存量应用类市场发展,氮化镓正在占据更多增量市场,其中包括AI服务器和激光雷达等。”
TrendForce集邦咨询分析师龚瑞骄对《每日经济新闻》记者表示:“模型的发展对算力有极大需求,AI服务器的需求在快速上升,同时服务器电源的效率和功率密度也在持续增加,因此功率器件用量将显著提升。”
对于第三代半导体在AI服务器领域的应用趋势,龚瑞骄表示:“相较于传统MOSFET,第三代半导体的优势在于高功率、高电压和散热佳,目前主要被欧美日IDM(集成设备制造商)从业者掌握。第三代半导体用于AI服务器可提高其运行效能和功率密度,从而降低总体运营成本,未来将会成为AI服务器升级的‘刚需’。”
Alex Lidow也表示:“AI服务器需要进行高效的电流转换,而氮化镓器件因其高效率、低损耗和快速开关特性,可以实现将电源直接从48伏特转换至数字芯片所需的1伏特,无需多次转换,从而大幅降低能耗,让数据中心更加节能。”
(文章来源:每日经济新闻)
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