港產創新研發⑤/PowerSAC投入運作 滿足數據中心算力需求 科大研新型功率半導體 高密度供電突破瓶頸
人工智能時代下，算力基礎建設成為本港重點發展的基建，與算力息息相關的電能，其需求與日俱增。由香港科技大學牽頭、與香港城市大學共同組成核心團隊的香港功率半導體芯片及應用研發中心（PowerSAC），是InnoHK資助計劃下成立的研發平台之一，致力研發新一代功率半導體及電能轉換系統相關技術。
PowerSAC主任陳敬近日接受《大公報》專訪時指出，電力需求正在增加，惟數據中心機櫃空間有限，單靠擴大物理空間並不現實，應思考如何提升功率密度，使同樣空間的設施能承載更多電能。而新一代功率半導體的研發，正是提升電能轉換系統效率與密度的關鍵。陳敬透露，團隊正研發一種「中極」寬禁帶半導體開關器件，原材料為氮化鎵和碳化硅，相信在未來能更好地滿足數據中心對高功率密度的需求。/大公報記者 柯慕蓉、湯嘉平（文） 麥潤田（圖）
「電力和半導體是什麼關係？電力需要半導體做處理，轉化成設備可以使用的電能，這就是功率半導體的作用。」陳敬解釋，功率半導體在整個電能轉換系統中有着舉足輕重的作用。陳敬預計，未來五年內，作為承載功率半導體的設施──機櫃的功率需求將由現時的100至200千瓦增至1兆瓦，增幅達5至10倍。
不需無限量增加機櫃
以往傳統增加電力的模式，是增加更多的機櫃，惟香港土地資源有限，科學家們不得不去思考其他的辦法。「所以我們希望資料中心的配電及電力轉換系統，在體積不變的前提下，可以承載十倍以上的電能，實現高密度供電，同時不降低轉換效率。這個挑戰難度非常大。」陳敬說。
為了突破這個瓶頸，陳敬表示，業界的其中一種思路是提高功率開關的切換頻率。這一方式雖可令儲能元件體積縮小、系統更輕巧，但往往要犧牲轉換效率，令功率轉換過程中的能量損耗增加。目前，傳統矽基半導體經過多年發展，幾乎所有能想到的改進方法都已嘗試過，效率提升卻有一定上限；因此研究團隊從底層邏輯入手，直接改用性能更強的新材料─氮化鎵和碳化硅，去研發新一代的功率半導體，而整個器件工藝，包括使用、驅動及保護方式，都要隨之重新設計。
陳敬在PowerSAC的工作便是針對此主導涵蓋氮化鎵及碳化硅兩種材料的核心元器件研究。他透露，目前團隊在高壓側已完成概念驗證，將氮化鎵與碳化硅兩種材料混合，製成一款「中極」寬禁帶半導體開關器件，期望更好滿足數據中心對高功率密度的需求。「這只是其中一個例子，我們幾乎所有的研究項目，都是源自系統應用端提出的問題和需求，這正是我們創新的源泉。」
除了研究功率半導體器件，陳敬指出，PowerSAC更是一個高度整合的研究中心，總共涉及四個研究方向，即最頂層是各類系統應用，由系統應用來牽引整體研發，往下分為三大研究支柱：研究功率半導體器件、電能管理芯片及系統、設計方法論和設計工具。其中，設計方法論和設計工具領域將引入AI，料會大大加快設計周期。
助力北都數據中心建設
陳敬亦提到，科大本身的研發基礎並不分散，器件、電路、系統應用及新材料等項目原本已有緊密聯繫，納入中心架構後，可串連成更具關聯性、合作更緊密的研發鏈。對於現時北部都會區全力建設AI基礎設施，陳敬表示，PowerSAC的核心硬件研發是AI基礎設施建設的一環，期望團隊研發出來的技術，未來可應用於北部都會區數據中心等建設之中。「電力的應用規模極其龐大，哪怕只是微小的效率提升，都可以轉化為巨幅的節能效益。不單是北都，也希望能支援香港2050年實現碳中和的目標。」
陳敬表示，在政府支持下，PowerSAC已於今年九月起投入運作，實體基地設於科學園，預計明年農曆新年後正式啟用，屆時將設有系統應用實驗室，以及器件和集成電路測試實驗室兩個先進實驗室。
