GaNの技術的優位性：EPCが電力変換でMOSFETに勝つ方法

GaNの話 – Maurizio Di Paolo Emilio 2 05, 2026

この記事は元々、米EE Times誌に掲載されました。

パワーMOSFET市場は規模が大きく、確固たる地位を築いており、2027年までに約140億ドル規模に達すると予想されています。この市場は一般的に、40 V以下、40～200 V、600 V以上の3つの電圧範囲に分けられます。200 V以下の領域が市場全体の約75%を占めています。この領域には、AI（人口知能）サーバー、48 Vのパワー・コンバータ、ロボット、自律型機械など、Efficient Power Conversion（EPC）のターゲット用途の大部分が集中しており、GaN技術の採用にとって重要な戦場となっています。GaN技術は、高効率、高電力密度、システム設計の単純化に注力することで、現代の電力変換システムにおけるシリコンの実現可能な代替品として確固たる地位を築きつつあります。

AI時代を強化

AIは、サーバーやデータセンターの構築方法に大きな影響を与えています。計算の複雑さと熱的制約の増大によって、パワー設計者は、時代遅れのシリコン・ベースの部品から脱却せざるを得なくなっています。AIの電力変換は、性能のわずかな改善でも大きな成果が得られることから、一般に「頂点捕食者」用途と呼ばれています。GaNの優れた効率と小型化は、この競争の激しい市場において、あらゆる電圧レベルにおける設計の構築方法を変えつつあります。

EPCは、GaNソリューションをOpen Rack V3のアーキテクチャに対応させ、以下の戦略的な階層を特定しています：AC-DCとPFC（力率改善）フロントエンド：EPCの150 Vおよび200 Vのデバイスは、LLCの1次側、および絶縁型フロントエンド変換の関連する回路構成において、シェアを拡大しています。48 Vから12 V（または6～8 V）への中間変換：25 Vおよび15 Vのデバイスは、2次側をMOSFETからGaNに「置換」する特別な位置にあり、この領域は、損失が全体の大部分を占め、高性能化が必要です。1次側はすでに、主に100 VのGaNベースになっています。

システム・レベルでは、EPCは、入力直列出力並列（ISOP）構成を通じて、高電圧から低電圧への電力供給を進化させています。800 Vから48 Vまたは12 Vに変換する実証済みの構成では、磁気的に統合したトランスとGaNトランジスタを使うことで、98%を超える効率を示しています。これらの結果は、ラック・レベルおよび分散型電源用途向けのGaNベース・システムの拡張性を強調するものであり、このアプローチは、米NVIDIA（エヌビディア）の次世代の800 VのAI電源アーキテクチャ向けGaNサプライヤとしてのEPCの役割によって実証されています。高い電圧および高い周波数で高効率に動作するGaNの能力は、シリコンMOSFETが厳しい物理的制限に遭遇する場合に決定的な利点をもたらしますーーこの利点は、ハイパースケールのAIシステムや高密度データセンターの電力供給で、ますます活用されています。

Open Rack Version v3 Architecture — 図1：Open Rack Version v3のアーキテクチャ

人型ロボット、ドローン、自律型機械向けGaN

EPCは、活動的な動作と効率の限界を押し広げる人型ロボット、産業用ドローン、自律型機械の開発にも取り組んでいます。EPCの統合型GaNパワー段とモーター制御ICは、高速トランジスタとスマート・ゲート駆動、および保護機能を使って、48 VのブラシレスDCモーターに最適な小型モジュールを実現しています。その利点は明らかで、省スペース、軽量、広い制御帯域幅を備えています。GaNは、100 kHz付近またはそれ以上の周波数で動作するため、MOSFETを使った低周波数設計よりも効率と応答性に優れています。

GaNは、トルク密度と放熱性が非常に重要なロボットの関節、指、手足において、エネルギーをより有効に活用し、部品をより密接に組み立てるを可能にします。EPCは、効率性と拡張性を備えたモーター駆動回路を提供することで、人型ロボットや産業用ロボットの動作を向上させ、より自立性を高める設計を支援しています。

地球を超えて効率性を拡大

EPCは、米EPC Spaceを通じて宇宙通信および航空宇宙システムにも取り組んでおり、信頼性と効率性が非常に重要です。同社は、高い信頼性が必要な衛星や通信プラットフォームをサポートするため、耐放射線性GaNデバイスの品揃えをさらに拡充しています。

GaNは、効率、耐久性、サイズにおいて新たな基準を確立したため、次世代衛星にとって重要な技術です。地球規模の通信ネットワークが軌道上の衛星への依存度を高める中で、これは特に重要です。

パワー・エレクトロニクスの限界を再定義する

これまでMOSFETが支配してきた市場において、EPCは、GaNを、現在のパワー・システムに革命をもたらす技術と見ています。AIサーバーから人型ロボット、宇宙プラットフォームに至るまで、シリコンが限界に達している分野で、GaNは常に、優れた効率、統合化、高性能化をもたらします。業界の方向性は明確です：電力需要の拡大と形状の小型化に伴って、GaNは、次世代の電力変換設計の標準を確立し続けるでしょう。