Neue Halbleitermaterialien für High-Density-Rechenzentren Siliziumkarbid gewinnt an Relevanz für Rechenzentren

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Rechenzentren als neuer Zielmarkt für SiC? Die Yole Group sieht 200 Millionen Dollar Potenzial für Siliziumkarbid in Rechenzentren. Damit beginnt ein Technologiewechsel in der Stromversorgung, der bisher aus dem Automobilbranche bekannt ist.

Siliziumkarbid (SiC) hat sich in der Leistungselektronik, etwa für Elektromobilität und Photovoltaik, bereits etabliert. Bosch produziert seit 2021 SiC-Chips in Serie, unter anderem für E-Fahrzeuge. Auch Siemens Mobility setzt die Technologie bereits in Schienenfahrzeugen ein, etwa im Batteriezug „Mireo Plus B“.

Jetzt rückt ein weiterer Markt ins Blickfeld: Rechenzentren. Laut dem Marktforschungsunternehmen Yole Group könnte sich in den kommenden Jahren ein Marktsegment im Bereich Rechenzentrumsenergieversorgung mit einem Volumen von 200 Millionen Dollar entwickeln.

Vielversprechendes Halbleitermaterial

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Laut ihrer aktuellen Marktstudie „Power SiC 2025 – Market & Applications“ der Yole Group gewinnt Siliziumkarbid zunehmend an Bedeutung für die Energieversorgung in Rechenzentren. Die Analysten prognostizieren ein Marktpotenzial von rund 200 Millionen Dollar bis 2030.

Der Übergang auf 8-Zoll-Wafer, den Hersteller wie Wolfspeed, Infineon und Bosch derzeit forcieren, schafft die Voraussetzung für industrielle Skalierung. Für Rechenzentrumsbetreiber ergeben sich daraus neue Optionen zur Effizienzsteigerung bei gleichzeitiger Flächen- und Energiereduktion. Das gilt insbesondere dort, wo einzelne Racks mehrere Hundert Kilowatt aufnehmen sollen. Bereits heute gibt es KI-Systeme, in denen einzelne Racks Leistungen im Megawattbereich (MW) erreichen.

Rechenzentren als neuer Markt für SiC

Ein Treiber für den Technologiewechsel ist die steigende Leistungsdichte in modernen IT-Racks. Insbesondere Rechenzentren für Künstliche Intelligenz (KI) erzeugen durch ihren hohen Strombedarf neue Anforderungen an Energie-Effizienz, Integrationstiefe und thermisches Design. Dadurch rücken Materialien wie Siliziumkarbid (SiC) und Galliumnitrid (GaN) als vielversprechende Alternativen zu klassischen Siliziumkomponenten verstärkt in den Fokus von Systemarchitekten.

Hier setzt Siliziumkarbid an: Als Wide-Bandgap-Halbleiter bietet es geringere Schaltverluste, höhere Spannungsfestigkeit und thermische Robustheit. Die Bauteile lassen sich kleiner und effizienter bauen – mit Vorteilen bei Platzbedarf, Kühlaufwand und Wandlungswirkungsgrad.

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Infineon: Systemarchitektur mit Grid-to-Core-Fokus

Infineon arbeitet mit Nvidia an einer zentralisierten Hochspannungs-Gleichstrom-Stromversorgung (HVDC) auf 800-Volt-Basis, die Siliziumkarbid (SiC), Galliumnitrid (GaN) und klassisches Silizium kombiniert. Ziel ist eine verlustarme, zentral organisierte Energieverteilung bis zur GPU, also direkt an die Recheneinheit, mit möglichst wenigen Wandlungsstufen. Die Architektur setzt auf eine durchgängige Systemintegration vom Netzanschluss bis zum Chip („grid to core“) und adressiert damit die gesamte Versorgungsinfrastruktur für kommende KI-Rechenzentren.

Navitas: Effiziente Komponenten für skalierbare Rack-Versorgung

Navitas entwickelt gemeinsam mit Nvidia eine 800-Volt-HVDC-Architektur zur direkten Stromversorgung von 1-Megawatt-IT-Racks und darüber hinaus. Im Fokus stehen hocheffiziente Komponenten auf Basis von GaN- und SiC-Technologie, die klassische AC/DC- und DC/DC-Wandler effizienter gestalten sollen. Die Technik adressiert zentrale Herausforderungen wie hohe Leistungsdichte, reduzierten Kupferbedarf und vereinfachte Systemkomplexität auf Rack-Ebene, insbesondere für skalierbare KI-Workloads.

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Was den Durchbruch bremst

Obwohl das Potential des Materials viel verspricht, fehlt ein Standard. Ein Grund hierfür ist, dass zum einen die Herstellung aufwendig ist: Die Kristallzüchtung dauert bis zu zwei Wochen, bei Temperaturen von 2.400 Grad Celsius. Zudem befinden sich große Teile der Lieferkette derzeit noch im Übergang von 6"- auf 8"-Wafer.

Noch spannender: Zum anderen fehlen vielfach noch standardisierte Architekturen und dedizierte Produkte für den Datacenter-Bereich. Im Rechenzentrumsumfeld mangelt es bislang an erprobten Use-Cases. Grundlegende Architekturwechsel benötigen erfahrungsgemäß längere Vorlaufzeiten. Doch die Marktanalyse der Yole Group prognostiziert den Eintritt von Siliziumkarbid in der Rechenzentrumsbranche. Den Anfang machen Projekte wie die von Infineon und Navitas gemeinsam mit Nvidia.

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