Powering the AI Factory: How EPC GaN Solutions Supercharge the NVIDIA MGX Architecture

The digital world is entering a new AI industrial revolution, with data centers transforming into AI factories that generate intelligence at massive scale. AI is no longer just a software story; it is rapidly becoming an infrastructure story as well. Modern workloads are shifting from simple human‑to‑AI interactions toward AI‑to‑AI collaboration, where agentic models coordinate tasks, reason autonomously, and work across extremely long token sequences. This puts new pressure on infrastructure: not only do systems need more raw compute, they must also meet strict requirements around latency, thermal management, and energy efficiency. To understand how AI factories are being built in practice, NVIDIA MGX™ provides the modular foundation for scalable and flexible accelerated computing infrastructure. While MGX addresses infrastructure modularity and faster deployment, a more serious bottleneck is brewing elsewhere: power delivery. The efficiency of power conversion is critical to maintain performance and efficiency as AI systems become more complex and denser. A key enabling technology is Efficient Power Conversion’s (EPC) gallium nitride (eGaN®) solutions, which offers the efficiency, power density, and thermal performance required for next-generation AI infrastructure.

Maurizio Di Paolo Emilio著

衛星ペイロード（有効積載量）のアーキテクチャは、固定機能の処理チェーンから、軌道上で動的なワークロード（仕事量）を直接支援できる柔軟なコンピューティング・インフラストラクチャへと移行しつつあります。この変化は、宇宙システム工学におけるより広範な変革を反映しており、宇宙船は地上ベースの処理資源にのみ依存することなく、信号処理、センサー融合、異常検知、人工知能推論を実行することがますます求められるようになっています。

EPCと米テキサス・インスツルメンツのエキスパートたちが、関節レベルでの人型ロボットのモーター駆動設計において、窒化ガリウム（GaN）が主流になる理由を説明しています。

人型ロボットは、手足や胴体を駆動するために約40～80個のモーターを必要とし、さらに器用な操作を再現するために、各手には10個以上のモーターを追加しています。独立したアクチュエータが高密度に配置されているため、パワー・エレクトロニクスの統合が複雑になるという課題が生じ、それを人間の寸法に合わせた制約の中で組み込まなければなりません。

Efficient Power Conversion（EPC）は、より小型、高速で、かつ高効率なシステムを実現できるeGaN技術を使って、パワー・エレクトロニクスの新たなフロンティアを開拓しています。ロボットやドローンから、AI（人工知能）や宇宙開発まで、EPCは、技術者の設計を簡素化し、次世代イノベーションの実現に貢献します。

Marco Palma、EPCのモーター駆動システムとアプリケーション部門ディレクタとMaurizio Di Paolo Emilio、EPCのマーケティング・コミュニケーション部門ディレクタが

窒化ガリウム（GaN）のパワー・デバイスは、高効率・高出力密度のモーター駆動システムの新世代を実現可能にしています。従来のシリコンMOSFETと比べて、GaNトランジスタは、ゲート電荷が非常に低く、出力容量が小さく、オン抵抗も非常に低いため、パワー・コンバータは、はるかに高速にスイッチングできます。この結果、GaN技術に基づいたモーター・インバータは、導通損失とスイッチング損失の両方を低減すると同時に、100 kHzをはるかに超えるスイッチング周波数が得られます。これらの特性によって、受動部品の小型化、効率の向上、より小型なシステム設計が可能になります。

独Bodo’s Power Systems：5月号

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既存のシリコンMOSFETと比べて、GaNは、より高速なスイッチングと高い効率を提供します。AI（人工知能）サーバーの電源、アダプタ、UPS（無停電電源装置）システム、EV（電気自動車）充電器など、広い用途で需要が急速に増加しています。特に48 Vベースの電源アーキテクチャでは、GaNを適用することで電力損失を20%以上削減できるため、データセンターや高性能コンピューティングの環境における重要な技術となっています。こうした動きの中、パワー半導体市場は、GaNを中心に再編されると予想されており、現在200億米ドルを超える既存のMOSFETとドライバIC市場も急速な変化を遂げています。EPCなどの企業は、GaN ICへの移行を加速させており、継続的な技術革新によって、システムの効率化、小型化、信頼性の向上を牽引しています。韓国でも、特にEV、再生可能エネルギー、バッテリー・システムなどの用途でGaNソリューションの需要が着実に増加しています。GaNは、より小型軽量な設計を可能にすると同時に、電力効率を高める中核技術として注目を集めています。

AI（人工知能）インフラが800 Vの電力分配に移行し、人型ロボットの関節に、パワー・エレクトロニクスを直接組み込めるようになるにつれて、第7世代GaNとGaN ICは、重要な15 V～40 Vの範囲で、より高い効率、より高速なスイッチング、劇的に向上した電力密度を実現し、ハードウエア開発チームが次世代変換アーキテクチャに取り組む方法を変革しています。

人工知能インフラがメガワット級のラックや800 Vの電力分配アーキテクチャへと規模を拡大し、人型ロボットがパワー・エレクトロニクスを関節やアクチュエータに直接組み込めるようになるにつれて、変換効率、密度、動的性能に対する要求は根本的に変化しました。従来のシリコンMOSFETベースの設計は、特にモーター駆動回路、負荷点POL（point of load）コンバータ、ロボットの分散型パワー段を支える15 V～40 Vの範囲においてスイッチング損失、熱的制約、物理的な実装面積によってますます制約を受けるようになっています。.

Maurizio Di Paolo Emilio、マーケティング・コミュニケーション部門ディレクタ、EPC – Efficient Power Conversion

従来の自動化からモバイル・ロボットへの移行が進むにつれて、モーター駆動用電子機器の設計要件は大きく変化しています。ウエアラブル技術、人型ロボット、空中プラットフォームに組み込まれるアクチュエータによって、体積、質量、効率、音響放射、動的応答といったあらゆる要素が同時に制約されます。これらの用途では、インバータは、周辺に配置した電力段ではなく、電気機械構造の密結合部品となります。

APECのこのビデオでは、EPCのアプリケーション・エンジニアリング部門ディレクタのAlejandro Pozoが、大電流バック（降圧型）・コンバータ向けの最新の低電圧eGaN FETソリューションを紹介します。40 V、25 V、15 Vのデバイスを搭載した複数の評価基板を詳しく解説し、ヒートシンクなしでも優れた効率と非常に低い温度上昇で最大50 Aの電流を供給できることを示します。小型なハーフブリッジ基板EPC90175と、要求の厳しいアプリケーションでの正確なテストに使う標準的なコントローラと測定ハードウエアとの統合についても焦点を当てます。

人型ロボットの登場によって、モーター駆動用電子機器の役割は大きく変化しています。従来の産業用駆動装置では、インバータは通常、外部キャビネットに設置され、ケーブルでモーターに接続されていました。しかし、人型ロボットでは、アクチュエータは肩、肘、手首、さらには指など、人間の動きを再現する関節の中に収めなければなりません。このような構造の変化によって、パワー・エレクトロニクスはモーターの筐体内部へと移さざるを得なくなり、スペース、放熱、動的応答といった要求への対応が一段と難しくなっています。

APECのこのビデオでは、EPCのモーター駆動システムとアプリケーション部門ディレクタのMarco Palmaが、窒化ガリウム（GaN）技術に基づいた先進的なモーター駆動用リファレンス・デザインを紹介します。まず、中型ドローン・モーターと高トルクの人型ロボット関節の駆動に使われる3相パワー・モジュールEPC33110を搭載したリファレンス・デザインEPC91122を中心に説明します。次に、EPCの最新の40 Vの第7世代GaNデバイスで構築した電動工具向けの高集積基板EPC91121を説明します。どちらのプラットフォームも、小型な形状、高効率、250 Wから最大5 kWまでの容易な拡張性を備え、迅速なプロトタイピングを可能にします。

ここ数年、ワイド・バンドギャップ半導体の採用が驚異的な伸びを見せており、これは、従来のシリコン製品を置き換えるという確固たるトレンドとなっているようです。炭化ケイ素は電気自動車や充電インフラ向けに成功を収めている一方、窒化ガリウム（GaN）HEMTは当初、主に充電器やアダプタといった民生用途向けに進出していました。ただしGaNは、単にMOSFETを置き換えて充電器を薄型軽量化するという単純な用途にとどまらず、はるかに汎用性が高くなっています。

このウエビナでは、Efficient Power Conversion（EPC）の GaNアプリケーション・フェローであるMichael De Rooijが、次世代サーバーの電源システム向けの800 V入力（±400 V）、12.5 V出力の高性能絶縁型コンバータを紹介します。インタリーブした8個のモジュールを使ったカスケード入力（入力直列、出力並列）アーキテクチャについて説明し、ハーフブリッジの1次側とプッシュプルの2次側を組み合わせることで、リップル電流の低減、容量の最小化、熱分布の改善を実現しています。さらに、低電圧GaN FETの利用、絶縁およびゲート駆動方式、測定した98%を超える効率について詳しく説明します。最後に、電力密度を2倍にした新しい800 V入力、50 V出力、数キロワット、1 MHzの設計を紹介します。

Efficient Power Conversion（EPC）のモーター駆動システムとアプリケーション部門ディレクタのMarco Palmaは、窒化ガリウム（GaN）のインバータが人型ロボットのモーター制御をどのように変革しているかについての講演です。この講演では、逆回復がゼロの高速スイッチングGaNデバイスによって、より高いPWM（パルス幅変調）周波数、デッドタイムの​​短縮、電解コンデンサの除去または削減が可能になることを説明します。この結果、効率の向上、1アンペア当たりのトルクの向上、形状の小型化、関節のスムーズな動作が実現します。腕や手首から腰まで、さまざまな人型ロボットの関節向けのEPCのリファレンス・デザインについて詳しく説明します。これには、統合型3相モジュールと、数100ワットから数キロワットまで対応する大電流ディスクリート・ソリューションが含まれます。

このビデオでは、米マイクロチップ・テクノロジーとEPCが、次世代のデータセンターやAI（人工知能）サーバー向けの高効率電力変換における最新の進歩を紹介します。マイクロチップのdsPIC担当シニア・テクニカル・アプリケーション・エンジニアであるAndreas Reiter氏と、EPCのGaNアプリケーション・フェローであるMichael De Rooijが、5 kWのマルチレベル・フライング・キャパシタPFC（力率改善）と、800 V入力、12 V出力の6 kW超小型ISOP（入力直列出力並列）コンバータについて解説します。低電圧GaNデバイス、高度なDSPベースのデジタル制御、洗練されたLLC起動シーケンスによって、サイズ、損失、EMI（電磁干渉）雑音を大幅に削減できる理由を説明します。この詳細な解説は、高密度サーバー電源の設計や、最先端のデジタル電源アーキテクチャの検討に取り組んでいる人に、実践的な洞察と具体的な実装アイデアを提供します。

EPCの信頼性部門バイス・プレジデントのShengke Zhangによるこのプレゼンテーションでは、GaNパワー・デバイスの信頼性に関する最も一般的な質問の1つ、つまり、メーカーが10年間の寿命を検証するまで待つことなく、どのようにして自信を持って10年間の寿命を保証できるかという点について取り上げます。この講演では、信頼性の「バスタブ曲線」を紹介し、標準的な1000時間の品質認定テストの限界を説明し、長期的な摩耗の振る舞いを予測するために使われる故障するまでのテスト方式を紹介します。Zhangは、データセンター向け48 Vの中間バス・コンバータ（IBC：intermediate bus converter）・モジュールのケース・スタディを通して、要求の厳しい高電力密度用途において丈夫なGaN性能を確保するために、温度サイクル、故障メカニズム解析、物理ベースの寿命モデリングの効果に注目します。

EPCは、AI（人工知能）ベースの「サイドカー」・サーバー向けに設計した新しいコンバータを開発しました。このサーバーは、電源が、情報技術機器とは別のラックに搭載されます。この基板は、800 V入力、12 V出力に降圧する固定比コンバータです。この設計では、合計出力6 kWを実現するために、それぞれ定格750 Wの100 V入力、12 V出力のモジュールを使っています。これらの個々のモジュールの入力は直列に接続され、出力は並列に接続されています。

6 kWのモジュール全体は、106 mm×47 mmという小さな面積で、厚さは、わずか8 mmです。この高度なレベルの小型化は、GaN技術によって実現されています。

EPCは、モーター制御用途向けに設計した100 Vの3相モジュールEPC 3111を搭載した基板EPC 91122をデモしました。.

この基板には、コントローラ、パワー・モジュール、2個の電流センサ、位置センサが統合されています。窒化ガリウム（GaN）技術によって、100 kHzでのスイッチングが可能なので、この設計は、積層セラミック・コンデンサ（MLCC：Multilayer Ceramic Capacitors）のみを利用しており、より大型の電解コンデンサは不要となっています。

このウエビナでは、Efficient Power Conversion（EPC）のCEO（最高経営責任者）であるAlex Lidow（アレックス・リドウ）が、GaNがカギとなる性能限界を突破し、今、あらゆる電圧と構成において最高のシリコンMOSFETを凌駕するようになった理由を解説します。オン抵抗、ハードスイッチング損失とソフトスイッチング損失、そしてAI（人工知能）、サーバー、負荷点POL（point-of-load）コンバータにおける実際の効率向上に関する具体的なデータ（数10 Vから1 V以下の電圧まで）を説明しています。加えて、Lidowは、GaNを理論上の限界にさらに近づける将来の集積化に重点を置いた世代についても展望します。

窒化ガリウム（GaN）のパワー・デバイスは、ワイド・バンドギャップ特性と、高速かつ低損失動作に最適化した横型HEMT構造を組み合わせることで、スイッチング・コンバータの限界を再定義しています。この記事では、100～650 VクラスのシリコンMOSFETの自然の後継としてGaNを位置づけ、材料の性能指数FOM（figures of merit）が直接、オン抵抗の低減、スイッチング周波数の高速化、はるかに高い電力密度を、競争力のあるコストで実現する方法を示します。

シリコンのパワーMOSFETは、1970年代後半からスイッチング電源変換の進化を牽引し、多数キャリア動作、耐久性、駆動の容易さといった特徴から、バイポーラ・トランジスタに取って代わってきました。数10年にわたり、セルのピッチ、トレンチ、スーパージャンクションといった構造的な改良が継続的に行われ、耐圧と製造性を維持しながらオン抵抗R_DS(on)を低減してきました。ただし、シリコンは現在、100～600 Vの電圧範囲における単極性デバイスの理論的な限界にほぼ達しています。

米EDN誌

2026年3月

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