人工智能时代下，算力基础建设成为本港重点发展的基建，与算力息息相关的电能，其需求与日俱增。由香港科技大学牵头、与香港城市大学共同组成核心团队的香港功率半导体芯片及应用研发中心（PowerSAC），是InnoHK资助计划下成立的研发平台之一，致力研发新一代功率半导体及电能转换系统相关技术。

PowerSAC主任陈敬近日接受《大公报》专访时指出，电力需求正在增加，惟数据中心机柜空间有限，单靠扩大物理空间并不现实，应思考如何提升功率密度，使同样空间的设施能承载更多电能。而新一代功率半导体的研发，正是提升电能转换系统效率与密度的关键。陈敬透露，团队正研发一种「中极」宽禁带半导体开关器件，原材料为氮化镓和碳化硅，相信在未来能更好地满足数据中心对高功率密度的需求。/大公报记者 柯慕蓉、汤嘉平（文） 麦润田（图）

「电力和半导体是什么关系？电力需要半导体做处理，转化成设备可以使用的电能，这就是功率半导体的作用。」陈敬解释，功率半导体在整个电能转换系统中有着举足轻重的作用。陈敬预计，未来五年内，作为承载功率半导体的设施──机柜的功率需求将由现时的100至200千瓦增至1兆瓦，增幅达5至10倍。

不需无限量增加机柜

以往传统增加电力的模式，是增加更多的机柜，惟香港土地资源有限，科学家们不得不去思考其他的办法。「所以我们希望资料中心的配电及电力转换系统，在体积不变的前提下，可以承载十倍以上的电能，实现高密度供电，同时不降低转换效率。这个挑战难度非常大。」陈敬说。

为了突破这个瓶颈，陈敬表示，业界的其中一种思路是提高功率开关的切换频率。这一方式虽可令储能元件体积缩小、系统更轻巧，但往往要牺牲转换效率，令功率转换过程中的能量损耗增加。目前，传统矽基半导体经过多年发展，几乎所有能想到的改进方法都已尝试过，效率提升却有一定上限；因此研究团队从底层逻辑入手，直接改用性能更强的新材料─氮化镓和碳化硅，去研发新一代的功率半导体，而整个器件工艺，包括使用、驱动及保护方式，都要随之重新设计。

陈敬在PowerSAC的工作便是针对此主导涵盖氮化镓及碳化硅两种材料的核心元器件研究。他透露，目前团队在高压侧已完成概念验证，将氮化镓与碳化硅两种材料混合，制成一款「中极」宽禁带半导体开关器件，期望更好满足数据中心对高功率密度的需求。「这只是其中一个例子，我们几乎所有的研究项目，都是源自系统应用端提出的问题和需求，这正是我们创新的源泉。」

除了研究功率半导体器件，陈敬指出，PowerSAC更是一个高度整合的研究中心，总共涉及四个研究方向，即最顶层是各类系统应用，由系统应用来牵引整体研发，往下分为三大研究支柱：研究功率半导体器件、电能管理芯片及系统、设计方法论和设计工具。其中，设计方法论和设计工具领域将引入AI，料会大大加快设计周期。

助力北都数据中心建设

陈敬亦提到，科大本身的研发基础并不分散，器件、电路、系统应用及新材料等项目原本已有紧密联系，纳入中心架构后，可串连成更具关联性、合作更紧密的研发链。对于现时北部都会区全力建设AI基础设施，陈敬表示，PowerSAC的核心硬件研发是AI基础设施建设的一环，期望团队研发出来的技术，未来可应用于北部都会区数据中心等建设之中。「电力的应用规模极其庞大，哪怕只是微小的效率提升，都可以转化为巨幅的节能效益。不单是北都，也希望能支援香港2050年实现碳中和的目标。」

陈敬表示，在政府支持下，PowerSAC已于今年九月起投入运作，实体基地设于科学园，预计明年农历新年后正式启用，届时将设有系统应用实验室，以及器件和集成电路测试实验室两个先进实验室。