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中金 | AI进化论（19）：SiC向左，GaN向右，三代半导体成为数据中心高压架构的必然解

核心内容概述

随着AI算力的迅速发展，数据中心供电系统面临严峻挑战，传统低压交流架构已难以满足高功率密度、强瞬态冲击和高能效需求。因此，高压架构成为必然选择，而第三代化合物半导体SiC和GaN在这一变革中发挥关键作用。SiC主要应用于高压、大功率的前端转换与保护，而GaN则在中低压端的降压转换中表现更优。两者在不同阶段形成“SiC左，GaN右”的市场格局，共同推动数据中心电源方案的迭代升级。

主要观点与关键信息

1. 高压架构成为数据中心供电的必然趋势

• AI算力功率密度大幅提升，传统低压架构在电流、铜耗、散热、占地、可靠性等方面已无法满足需求。
• 2026年被视为数据中心高压架构落地元年，800VDC成为中长期趋势。
• OCP Diablo ±400V方案作为过渡方案，可能在短期内推动部分高压直流部署。

2. 三代半导体在数据中心的差异化应用

• SiC：适用于高压、大功率、高温稳定等场景，如AC-DC整流模块、固态断路器、固态变压器等。
• GaN：适用于中低压、高频、高功率密度的降压转换场景，如IBC、On-blade电源模块、PDB等。
• 在Phase 1至Phase 4架构迭代中，SiC和GaN的用量和价值量均呈现显著增长。

3. 各阶段SiC与GaN用量及价值测算

阶段	SiC用量（颗/MW）	GaN用量（颗/MW）	SiC价值（$ / MW）	GaN价值（$ / MW）
Phase1	1594	10,303~10,667	2~15k	33~33.8k
Phase2	1755	20,800~21,600	20~35k	46.56~49.12k
Phase3	6948	20,800~21,600	69~70k	46.56~49.12k
Phase4	9,886	-	220k	-

4. 2030年市场空间预测

• 单MW数据中心对应的SiC器件需求约1.0万颗，GaN器件需求约2.1万颗。
• 单MW对应的SiC价值量可达22万美元，GaN价值量可达4.9万美元。

5. 中国企业迎来成长机遇

• 中国企业已在SiC/GaN领域实现深度布局，竞争力持续提升。
• 未来，随着数据中心高压架构的普及，中国产业链公司有望显著受益。

详细阶段分析

Phase 1：白空间改造，侧挂架过渡方案

• 主要变化：在IT机架旁新增Sidecar，完成AC→800VDC整流，剥离大功率PSU至Sidecar。
• SiC应用：
  • Power Shelf（84颗/MW）
  • DC PDU（3颗/MW）
  • BBU（45颗/MW）
  • CBU（9颗/MW）
  • 总计：1105颗/MW
• GaN应用：
  • On-blade电源模块（72~144颗/MW）
  • 总计：10,303~10,667颗/MW

Phase 2：电压降压点前移至计算刀片

• 主要变化：800VDC母线直接连接至Compute blade，由On-blade电源模块完成最后降压。
• SiC应用：
  • Power Shelf（84颗/MW）
  • DC PDU（3颗/MW）
  • BBU（45颗/MW）
  • CBU（9颗/MW）
  • On-blade电源模块（144颗/MW）
  • 总计：1755颗/MW
• GaN应用：
  • 800V→50V IBC（1333颗/MW）
  • 50V→12V IBC（5333颗/MW）
  • 总计：6667颗/MW（调整后20,800颗/MW）

Phase 3：集中式整流器，灰区重构

• 主要变化：AC→800VDC整流移至灰区，白区保留DC/DC配电、BBU、CBU等设备。
• SiC应用：
  • 整流器（378颗/MW）
  • DC/DC配电（4400颗/MW）
  • BBU（720颗/MW）
  • CBU（720颗/MW）
  • On-blade电源模块（144颗/MW）
  • SSCB（506颗/MW）
  • 总计：6948颗/MW
• GaN应用：
  • 800V→50V IBC（1333颗/MW）
  • 50V→12V IBC（5333颗/MW）
  • PDB（1600颗/MW）
  • GPU近端（20,000颗/MW）
  • 总计：20,800~21,600颗/MW

Phase 4：SST终局形态

• 主要变化：取消低压变压器与整流器，实现MVAC→800VDC单设备直转。
• SiC应用：
  • SST（1920颗/MW）
  • 整流器（378颗/MW）
  • DC/DC配电（4400颗/MW）
  • BBU（1636颗/MW）
  • CBU（720颗/MW）
  • On-blade电源模块（144颗/MW）
  • SSCB（506颗/MW）
  • 总计：9,886颗/MW
• GaN应用：
  • PDB（1600颗/MW）
  • GPU近端（20,000颗/MW）
  • 总计：20,800~21,600颗/MW

投资与市场前景

• 短期：800VDC架构的推广可能受到技术、认证和市场接受度的限制，OCP方案可能作为过渡。
• 长期：随着SST的成熟，SiC将成为数据中心核心器件，价值空间显著提升。
• SiC与GaN价值增长逻辑：
  • SiC：随着电压等级提升（650V→1200V→3.3kV），单颗器件价值显著增长。
  • GaN：在Phase 2后逐步替代SiC，但其价值增长主要依赖ASP提升，而非用量扩张。

风险提示

• 800VDC产业进度不及预期，或OCP方案替代。
• 行业竞争加剧，价格下行压力可能影响企业盈利能力。
• 客户认证及订单转化不及预期，影响市场接受度与规模落地。

总结

随着AI算力密度的提升，数据中心供电系统正经历从传统低压架构向高压架构的转型。SiC与GaN作为第三代半导体，将在不同阶段发挥各自优势，共同推动电源系统升级。SiC主要应用于高压前端，而GaN则在中低压端表现出色。随着架构逐步演进，SiC与GaN在数据中心的用量和价值量均显著提升，其中SiC在SST阶段将释放巨大市场空间。中国企业具备较强竞争力，有望在全球高压架构转型中占据有利位置。然而，技术成熟度、行业竞争、客户认证等因素仍可能影响实际发展速度。