iDEAL Semiconductor表示，其电源转换芯片有助于应对日益增长的电力需求
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宾夕法尼亚州伯利恒讯——一家半导体初创公司表示，已开发出一种新方法来遏制电力转换中的浪费，随着交通、云计算和人工智能等领域对电力的需求不断增长，这一问题正日益成为全球性难题。
iDEAL Semiconductor Devices 开发了一种新型高效率功率芯片，这种元件几乎应用于所有电子设备中，从太阳能电池板和家用电器，到数据中心的服务器、电动汽车和工业设备。
问题在于，电网向家庭或企业输送的电力电压是标准化的，例如美国的120伏。而各种设备的运行电压范围则因用途而异，例如AI处理器的电压仅为0.8伏，而电动汽车的电压则超过1,000伏。 每种设备都需要一个芯片，将电能转换为它能利用的形式，而在此过程中，部分电能不可避免地会被浪费。
iDEAL的芯片采用硅材料，一些科学家和工程师认为，这种材料的能效已接近极限。其他公司，如安森美半导体（ON Semiconductor），则利用替代材料研制出了能效更高的功率芯片。 安森美半导体（ON Semiconductor，简称onsemi）受电动汽车需求激增的推动，2022年销售额达到83.3亿美元。
“2014年，整个营销界的喧嚣……真的开始愈演愈烈，‘硅时代已结束，我们需要转向新的材料体系’，”iDEAL联合创始人兼首席执行官马克·格拉纳汉说道。他是一位贝尔实验室的老将，在半导体领域拥有数十年的经验。 “我天生就是个逆向思维者，所以我当时基本上就说：‘嘿，这里肯定有更好的办法。’”
2014年，格拉纳汉从德州仪器公司退休，此前该公司收购了他联合创立的一家初创公司——Ciclon Semiconductor Device。2015年和2016年，他在宾夕法尼亚州立大学材料研究所的纳米制造实验室里，对一种新型电源芯片的构想进行了验证。
这项被他称为“SuperQ”的技术，借鉴了光伏电池的一些理念，而光伏电池是太阳能产业的关键。 格拉纳汉认为，半导体薄膜工艺可应用于新一代硅功率芯片，使其性能指标提升高达500%。据iDEAL称，将该技术与最先进的数字逻辑芯片制造设备相结合是关键所在。
格兰纳汉表示，这使得iDEAL能够在原子尺度上工作，这意味着科学家和工程师能够操控器件特定区域内的单个原子，从而获得一种能够提高功率半导体工作效率的电学特性。
iDEAL成立于2017年，于5月结束隐身模式。iDEAL表示，其投资者包括总部位于加利福尼亚州圣克拉拉的半导体设备、服务和软件公司应用材料（Applied Materials）的投资部门，以及多家家族办公室。该公司已累计融资7500万美元。 鉴于亚洲地区可能出现的供应链中断风险，该公司一直致力于构建北美供应链。
该公司正在距离已关闭的伯利恒钢铁厂几英里外的一家初创企业孵化器内，对其设备进行设计和测试。该公司的芯片主要将由位于明尼苏达州布卢明顿市的Polar Semiconductor公司生产。
iDEAL表示，目前正在亚洲对其封装组件进行组装和测试，并计划在北美扩大相关产能。
据格拉纳汉称，在电力转换应用中，平均效率通常维持在84%左右。他表示，转换损耗主要以热量的形式表现出来，因此需要进行冷却以保持最佳工作状态。
“讽刺的是，这些散热技术往往需要消耗额外的能源，从而进一步加剧了能效低下问题，”他说，“寻找创新解决方案以提高功率转换效率并最大限度地减少热量散失，对于构建更可持续、更节能的系统至关重要。”
格拉纳汉表示，SuperQ技术可将功率转换过程中的损耗从16%降至12.8%，改善幅度达20%。
格拉纳汉表示，硅的替代材料价格可能高出三到四倍。 格拉纳汉指出，通过采用人们熟悉且易于获取的硅材料，iDEAL能够提供更高效的芯片，其价格/性能比对于工作电压低于850伏的器件而言具有经济意义——这类器件目前占功率半导体市场的95%。
该公司表示，如果将所有电子产品的能效提高约20%，所节省的电量足以淘汰318座化石燃料发电厂。
Gartner新兴技术与趋势副总裁兼分析师高拉夫·古普塔表示，功率和模拟半导体领域的企业一直将目光投向碳化硅和氮化镓等材料，用于高频、高压和高温应用。
人们一直认为，硅在热性能和电阻方面已经达到极限，或者正接近极限。他表示，各家公司都在寻找替代材料，而硅并未像iDEAL那样成为关注焦点。
“假设一切顺利，那么我认为在应用方面，这将是一个成本低得多的替代方案。它能提高产量、提升产出率并降低成本，甚至可能彻底改变整个行业格局，但这还取决于一个关键前提——如果它真的能行的话，”古普塔说道。
Wolfspeed是一家总部位于北卡罗来纳州研究三角园的半导体公司，利用一种名为碳化硅的材料生产晶圆和功率半导体。据Wolfspeed称，虽然碳化硅的价格高于硅，但在系统层面具有巨大的优势。 Wolfspeed表示，采用碳化硅构建的系统体积更小、重量更轻且效率更高，可在工业、能源和汽车等广泛应用领域带来成本优势。Wolfspeed报告称，其第三财季营收为2.287亿美元，
据该公司电源解决方案事业部首席技术官帕维尔·弗罗因德利希（Pavel Freundlich）介绍，安森美半导体（Onsemi）正在开发效率更高的硅基器件和技术，同时也在推出创新技术。
据弗罗因德利希称，安森美预计其下一代基于硅的技术将使这些硅芯片的效率提高约20%。但他表示，将性能推向物理极限“会带来器件和工艺复杂性增加的弊端，从而导致产品成本上升和生产良率下降”。
iDEAL的投资者兼董事会成员Cuong Do表示，总体而言，关于化石燃料与替代能源的讨论掩盖了对更高效率电力转换的需求。“目前，当我们谈论电力时，想到的总是能源来源。 我们从未考虑过需求端以及与之相关的效率问题，”Do说道。他是BioVie公司的首席执行官，该公司正在研发治疗阿尔茨海默病及其他疾病的疗法。“我认为，对这类半导体的需求将呈指数级增长。”