Das Wachstum der KI-Rechenzentren führt zu einem starken Anstieg der Nachfrage nach Leistungshalbleitern

In den letzten beiden Tagen sind die Preise von Leistungshalbleitern stark gestiegen. Laut der neuesten Analyse eines Instituts wird das AI-Datenzentrum zur zentralen Triebkraft für das nächste Wachstum der Leistungshalbleiterbranche. Die Daten zeigen, dass das weltweite Marktvolumen der Leistungshalbleiter von 28,9 Milliarden US-Dollar im Jahr 2025 auf 43,3 Milliarden US-Dollar im Jahr 2030 steigen könnte. Dabei wird der Marktanteil, der mit AI-Datenzentren zusammenhängt, 10,6 Milliarden US-Dollar betragen, was fast ein Viertel des Gesamtmarktes ausmacht. Die durchschnittliche jährliche Wachstumsrate von Siliziumcarbid (SiC) und Galliumnitrid (GaN) in Datenzentren beträgt jeweils 29,5 % und 46,3 %.

Darüber hinaus berichtet eine südkoreanische Medienquelle, dass die südkoreanische Regierung voraussichtlich 500 Milliarden Won (etwa 329 Millionen US-Dollar) an Forschungsgeldern im Rahmen des "Ultra-Innovation Economy Project" investieren wird, um die Massenproduktion von nächsten Generationen von Leistungshalbleitern zu fördern.

Bei der PCIM 2026 in Europa haben die Großkonzerne der Leistungshalbleiterbranche aufgrund des Wiederaufschwungs der Automobilindustrie gemeinsam auf das Gebiet der AI-Datenzentren gesetzt. Seit Anfang 2026 hat die Leistungshalbleiterbranche infolge der AI-Datenzentren eine Welle von Preiserhöhungen erlebt.

Man kann sagen, dass Leistungshalbleiterhersteller das große Geschäft der AI-Datenzentren nicht verpassen können, wenn sie Geld verdienen wollen.

Die Transformation der Stromversorgung in AI-Datenzentren

Da die Lieferung von Strom seitens des Stromnetzes lange dauert, reicht es nicht, das Stromnetz auszubauen. Datenzentren müssen sich "selbst retten" und effizientere Verteilungsarchitekturen nutzen, um jeden Kilowattstunden Strom optimal zu nutzen.

Wie kann man das erreichen?

Erstens, es ist die von NVIDIA vor kurzem initiierte 800V HVDC-Architektur.

Im Vergleich zu traditionellen 415- oder 480V-Wechselstrom (VAC)-Dreiphasensystemen bietet die 800V-Gleichstromarchitektur deutliche Vorteile. Auf physikalischer Ebene kann dasselbe Kupferkabel bei 800V Gleichstrom mehr als 150 % mehr Leistung übertragen. Die 200 Kilogramm Kupferbusbar, die bisher für die Stromversorgung eines einzelnen Racks benötigt wurden, können erheblich reduziert werden, was den Kunden Millionen von US-Dollar spart.

In der praktischen Anwendung in Datenzentren verbessert die 800V-Gleichstromarchitektur die Skalierbarkeit des Systems und ermöglicht es den Datenzentren, den steigenden Rechenleistungsanforderungen problemlos zu entsprechen. Ihre höhere Energieeffizienz reduziert die Verluste bei der Stromübertragung und entspricht dem gegenwärtigen Trend zur Energieeffizienz und Umweltfreundlichkeit. Gleichzeitig verringert sie den Materialverbrauch, optimiert die Kostenstruktur und bringt höhere Leistungskapazitäten für die Datenzentren. Tatsächlich haben die Elektromobilitäts- und Solarbranche ähnliche Vorteile bereits von 800V-Gleichstrominfrastrukturen profitiert, und nun steht auch die Datenzentrumbranche vor dieser Transformationswelle.

Mit der Einführung der 800V-Architektur hat sich die gesamte Logik geändert.

Eingangsseite des Datenzentrums: In der traditionellen Architektur standen AC-Verteilung, UPS, PDU im Vordergrund. Bei der 800V-Architektur werden Hochspannungsgleichstrombusbar, SST, Gleichstromverteilung wichtig. Die betroffenen Bauteile umfassen SiC-Module, Isolationsantriebe, Schutzbauteile.

Rackseite: Früher lag der Schwerpunkt auf 48V/54V-Busbar, jetzt auf 400V/800V-Hochspannungsgleichstrombusbar. Die Bauteile umfassen Hochspannungsschalter, Hot-Swap, Schutz-ICs.

Board-Level-Umwandlung: Früher stand die mehrstufige Niederspannungsumwandlung im Vordergrund, jetzt die Hochspannungs-DC-DC-Umwandlung von 800V auf 50V/12V/6V. Die Bauteile umfassen GaN, magnetische Bauteile, Steuer-ICs.

Nahlaststromversorgung: Früher standen VRM/Power Stage im Vordergrund, jetzt die höhere Stromdichte und die strengere Wärmemanagement. Die Bauteile umfassen DrMOS, Power Stage, Verpackungs- und Kühlmaterialien.

Mit der Entstehung der 800V HVDC beginnen die Hersteller auch, das Konzept von "from Grid to Core/Gate" (vom Stromnetz bis zum Kern/Gate) zu betonen. Dies liegt daran, dass sich derzeit der Stromversorgungspfad ändert:

Traditioneller Pfad: Grid AC → Transformer → UPS → PDU → PSU → 48V → VRM → GPU

Neuer Pfad: Grid / MVAC → SST → 800VDC Bus → Rack DC-DC → 50V/48V → VRM → GPU

Zweitens, wenn die Leistung eines Racks 1 MW übersteigt, werden der Festkörpertransformator (SST) und der Festkörperschalter (SSCB) zu zwei begehrten Produkten.

Die Bank of America schätzt, dass die Halbleiterchancen für SST bis 2030 etwa 500 Millionen US-Dollar und für SSCB etwa 400 Millionen US-Dollar betragen. Zusammen mit der Energiespeicherung (ESS/UPS) und der Flüssigkeitskühlungsinfrastruktur steigt der Anteil an analogen Chips pro Megawatt von derzeit 12.400 US-Dollar auf 38.900 US-Dollar.

Drittens wird die MGX (Modular GPU Architecture) von NVIDIA zu einem weiteren Fokuspunkt für Leistungshalbleiterhersteller.

Die modulare Bausteinarbeitktur von NVIDIA MGX ermöglicht es Originalgeräteherstellern (OEM) und Systembauern, die AI-Infrastruktur schneller zu konfigurieren, zu deployen und zu skalieren. Gleichzeitig wird die Entwicklungskomplexität verringert und der Markteintritt beschleunigt.

Die MGX-Komponenten sind die Systemarchitektur von NVIDIA GB200 NVL72 und GB300 NVL72, die für die Verwaltung der Leistungsdichte und der Wärmelast verantwortlich sind. Durch die Integration der fortschrittlichen Flüssigkeitskühlungs-MGX-Architektur in die Blackwell-Rechnernodes erfüllt NVIDIA den Energiebedarf von 120 kW pro Schrank für das GB200 NVL72. Das GB300 NVL72 mit 72 Blackwell Ultra GPUs erfordert eine feinere Wärmemanagement, um eine 50-fache Steigerung der AI-Inferenzleistung zu erreichen.

Viertens sind SiC und GaN nicht mehr exklusiv für Elektromobile, sondern werden auch in AI-Datenzentren glänzen. SiC eignet sich für die Hochspannungsumwandlung an der Vorderseite (PFC, AC-DC, 800V-Schutz), GaN für die Hochfrequenz-DC-DC-Umwandlung in der Nähe der Rechenplatine.

Die Bank of America prognostiziert, dass die durchschnittliche jährliche Wachstumsrate von SiC auf dem AI-analogen Markt 63 % und von GaN 69 % betragen wird. Der Gesamtanteil von SiC und GaN wird von weniger als 4 % im Jahr 2025 auf über 12 % im Jahr 2030 steigen. In Zukunft wird das Wachstum von Halbleitern der dritten Generation in AI-Datenzentren noch schneller sein als in Elektromobilen. Dennoch werden SiC und GaN die Dominanz von Si MOSFETs nicht erschüttern.

Fünftens wird die vertikale Stromversorgung (VPD) eine der wichtigsten Technologien für moderne Prozessoren sein. Auf der CES in diesem Jahr hat NVIDIA festgelegt, dass Rubin das VPD-System verwenden wird.

Die VPD liefert Strom vertikal durch die PCB-Schicht nach oben und versorgt direkt den darüber liegenden Prozessor mit Strom, wodurch die Stromübertragungsstrecke von VRM zu SoC effektiv verkürzt wird.

Die VPD hat drei Phasen: Die erste Phase ist die diskrete/horizontale Stromversorgung (Discrete/Lateral). Die Leistungseinheit, die Induktivität und der Kondensator werden direkt neben dem Prozessor (GPU) angeordnet. Wenn der GPU-Strom über 850 - 1.000 A liegt, beträgt der Verlust über 100 W und der Gesamtwiderstand der PDN etwa 90 - 140 μΩ. Die zweite Phase ist die vertikale Stromversorgung von der Rückseite (BVM). Hier wird eine vertikale Anordnung verwendet, und die Stromversorgungsmodule werden vertikal durch die Platine geführt und von der Rückseite der Platine/der Hauptplatine an den Prozessor angeschlossen, um die Übertragungsstrecke zu verkürzen. Die dritte Phase ist die Stromversorgung durch einen integrierten Spannungsregler auf der Platine (SIVR). Hier wird der Spannungsregler direkt auf der Platine integriert, die vertikale Übertragungsstrecke wird weiter vereinfacht, was die beste Lösung für die Verlustkontrolle ist.

Sechstens werden VRM (Spannungsreglermodul), IBC (Zwischenbuswandler), PSU (Serverstromversorgungsmodul) ständig weiterentwickelt.

Leistungshalbleiterkonzerne setzen auf diese Technologien

Wie Leistungshalbleiterhersteller derzeit die AI-Datenzentren betrachten, können wir aus der kürzlich stattgefundenen PCIM 2026 herausfinden.

Erstens haben die Hersteller ihren Fokus von Parametern einzelner Bauteile wie RDS(on), Eon/Eoff, Qg, Coss, Kurzschlussfähigkeit auf die systemweite Effizienz, Leistungsdichte und Zuverlässigkeit verschoben.

Die Lösungen von Infineon, onsemi, Navitas, ST, TI, Power Integrations reichen von der 800VDC/HVDC-Stromverteilung, BBU, IBC, Mittelspannungs- bis Niederspannungsumwandlung, GaN-Hochleistungsstromversorgung, SiC-Hochspannungsvorschaltung bis hin zur Stromversorgung in der Nähe des Prozessorkerns. Infineon erwähnt, dass sich die Stromversorgungsarchitektur für AI-Datenzentren von traditionellen Racks hin zu Power Sidecars, HVDC Sidecars und DC-Mikrogittern entwickelt. Sie betont, dass SST zur Verteilung von HVDC auf IT-Racks verwendet werden kann.

Zweitens kommt der SiC JFET in der AI-Datenzentrenbranche wieder in den Fokus. Sowohl Infineon als auch onsemi setzen auf diese Technologie.

Warum wird der JFET wieder interessanter? Mit der Entwicklung der Stromversorgungsarchitektur in AI-Datenzentren von 48V-Busbar zu ±400V, 800V-Hochspannungsgleichstrom (HVDC) reicht die Reaktionszeit von traditionellen elektromechanischen Schaltern im Millisekundenbereich nicht mehr für den Fehler Schutz aus. Halbleiter-Schutzlösungen werden zur notwendigen Wahl.

Im Vergleich zu MOSFETs hat der JFET in diesem Szenario deutliche Vorteile. MOSFETs sind auf Grund der Body-Diode beschränkt und benötigen normalerweise zusätzliche Gegen-Schaltungen, um eine bidirektionale Sperrung zu erreichen. Der JFET kann jedoch in Kombination mit einem Cascode-Antrieb bereits mit einem einzelnen Bauteil eine bidirektionale Sperrung erreichen. Dies führt zu einer einfacheren Schaltung und reduziert die Systemverluste. Daher gewinnt der JFET in Anwendungen wie der Hochspannungsgleichstromverteilung und den Festkörperschaltern in AI-Datenzentren wieder an Bedeutung.

Die 750V-Version des Infineon CoolSiC JFET hat einen Durchlasswiderstand von nur 1,5 mΩ, die 1200V-Version nur 2,3 mΩ. Es verwendet die Q-DPAK-Oberflächenkühlungspackung und die.XT-Sinterverbindungstechnologie. Darüber hinaus hat Infineon um den CoolSiC JFET herum ein komplettes Festkörperschalter (SSCB)-Paket entwickelt, das eine Fehlerseparation im Mikrosekundenbereich, bidirektionale Sperrung und modulare Stromerweiterung ermöglicht. onsemi hat einen anderen Ansatz gewählt und hat die 800V SiC JFET direkt in ein modulares Produkt umgewandelt, das sich insbesondere für Hot-Swap- und E-Fuse-Anwendungen in AI-Datenzentren eignet. onsemi hat auch ein komplettes 33-kW-"Grid-to-Chip"-Stromversorgungssystem gezeigt, das von der Mittelspannungseingabe auf der Netzseite, der isolierten Umwandlung bis hin zur Punktleistungsversorgung auf der Serverplatine alle Schritte abdeckt. Dies ist eines der wenigen systemweiten Demonstrationsbeispiele auf der PCIM.

Drittens steigt die Nachfrage nach GaN in der Stromversorgung von AI-Datenzentren deutlich an. Es ist wichtig zu beachten, dass GaN nicht SiC ersetzen will, sondern dass GaN in Hochfrequenz-Hochleistungsstromversorgungen, in der Niederspannungs-Hochstromumwandlung in AI-Datenzentren, in Hilfsstromversorgungen, bidirektionalen Schaltern und einigen Hochspannungs-Kleinleistungs-Szenarien schneller expandiert.

Navitas hat verschiedene Stromversorgungslösungen für AI-Datenzentren gezeigt, die 10 kW 800V - 50V, 20 kW 800V - 6V usw. abdecken. ST hat PowerGaN-Produkte für die Stromumwandlung, Motorensteuerung und Fahrzeugladung gezeigt und die 800VDC AI-Serverstromversorgung als Schwerpunktanwendungsrichtung festgelegt. Gleichzeitig hat es 700V GaN HEMT-Bauteile für AI-Server vorgestellt. EPC hat die siebte Generation von GaN-Bauteilen und ePower Stage gezeigt.

Es ist bemerkenswert, dass GaN in höhere Spannungsbereiche expandiert und nicht mehr auf den Hochfrequenzstromversorgungsmarkt unter 650V beschränkt ist. Das Fraunhofer IAF hat Forschungsergebnisse zu 1200V-GaN gezeigt, und Power Integrations hat 1250V- und 1700V-PowiGaN-Bauteile für Anwendungen wie die Hilfsstromversorgung von 800VDC AI-Datenzentren vorgestellt.

Viertens werden Materialien, Packungstechnologien und Systemtechnologien zum nächsten Wettbewerbsfokus.

Im Bereich der SiC-Wafer hat Wolfspeed angekündigt, dass die 200-mm-SiC-Wafer und -Epitaxieschichten in die kommerzielle Phase eingetreten sind. Gleichzeitig hat es den Fortschritt bei der Entwicklung von 300-mm-einkristallinen SiC-Wafern bekannt gegeben.

Im Bereich der Leistungsmodelle wird die Bedeutung von Keramiksubstraten immer wichtiger. CeramTec hat verschiedene fortschrittliche Keramikmaterialien wie AlN, Si₃N₄, ZTA gezeigt.

Bei der Packungstechnologie werden Silber-Sintern, Kupfer