雜談GaN技術

氮化鎵（GaN）正在推動功率電子技術變革，應用範圍從低電壓馬達驅動擴展至百萬瓦級人工智慧資料中心。在本次訪談中，EPC 詳細介紹了第七代以及即將推出的第八代氮化鎵元件如何在電容、面積和功率密度等方面實現相較矽元件最高達 5 倍的優勢，從而開拓 40 V 及以下市場，並為 GPU 實現先進的負載點電源轉換。討論內容涵蓋採用 48 V 匯流排的高效能機器人、面向 800 V 系統的多電平 ISOP 拓撲、透過參考設計實現快速原型開發，以及氮化鎵在太空應用中日益重要的作用。

EPC91123 是一款基於 GaN 的 6 kW DC-DC 轉換器參考設計，可為 AI 伺服器與高效能運算提供隔離式 800 V 至 12.5 V 電源轉換。該設計採用輸入串聯、輸出並聯（ISOP）架構，由八個交錯運作的 LLC 模組組成，每個模組處理約 750 W 功率。初級側開關採用 150 V EPC2305 GaN 場效應電晶體（FET），次級側同步整流採用 40 V EPC2366 元件，使系統能夠在約 1 MHz 的切換頻率下運作。此架構可縮小磁性元件尺寸、降低 EMI 並減少熱點，實現超過 98% 的峰值效率，以及在接近滿載、近 500 A 輸出時仍維持超過 97% 的效率。

在PCIM展會上，LTspice和QSPICE的建立者Mike Engelhardt解釋了為什麼傳統SPICE—最初為IC設計而建構—難以準確模擬功率元件，尤其是GaN FET。他回顧了歷史上的電容模型（Meyer、Yang–Chatterjee），以及它們在VDMOS和GaN中的局限性，並介紹了QSPICE如何導入原生GaN MOSFET模型（level 2026），以實現準確的電荷、輸出電容和準飽和行為建模。Engelhardt詳細說明了數值計算方面的改進、跨電容的正確處理方式，以及使QSPICE成為更快速、更穩健的電力電子模擬器的性能提升。

Artificial intelligence is moving from chatbot conversations to autonomous AI agents working together on huge data sets – and the data center is becoming an AI factory. These next generation facilities require unprecedented computer power which in turn brings new challenges of power delivery, thermal management and energy efficiency. To help address these challenges, NVIDIA has created the NVIDIA MGX™ architecture, a modular platform that accelerates the deployment of AI infrastructure. But the real potential of MGX can only be realized with equally advanced power conversion technology.

本簡報 探討了在面向AI資料中心和工業自動化的多千瓦DC-DC轉換器中，低壓GaN元件如何超越傳統高壓解決方案。Michael de Rooij採用多級ISOP拓撲，展示了熱量分佈、透過交錯實現大幅降低電流漣波、更簡單的低壓磁性元件、更低EMI以及更優導通損耗等方面的優勢。文中詳細介紹了兩個高功率轉換器原型（800 V至12 V和800 V至50 V），並說明了可將效率和功率密度損失降至最低的實用調節策略。 觀看影片

At PCIM, Efficient Power Conversion (EPC) showcased rapid advances in gallium nitride (GaN) technology that deliver higher efficiency, higher frequency, and greater power density than silicon MOSFETs. Alex Lidow presented new Gen 7 GaN devices from 150 V down to 18 V, optimized for AI server power architectures (800 V down to 6–12 V) and high-frequency point-of-load converters. He also outlined a roadmap for highly integrated GaN motor drives for robots and drones, emphasizing miniaturization, protection, and future current-sensing integration.

The proliferation of small electric motors in robotics and unmanned aerial systems is creating demand for highly integrated and efficient motor-drive electronics. In the context of humanoid robot joints, robotic hands, and lightweight drone propulsion systems, we require power converters that have a high current density in very limited mechanical space.

本次演講介紹了採用800 V DC配電和ISOP轉換器的新型伺服器電源架構。它比較了800 V→50 V電源架解決方案與800 V→12.5 V直接到板設計，重點介紹基於GaN的EPC2305/EPC2366、磁通抵消磁性元件，以及面向高密度AI伺服器機架、實測效率高達98%的性能表現。

At PCIM，Alex Lidow 重點介紹了 GaN 技術的最新演進，強調其在導通電阻、電容和電壓性能方面取得的重大提升。他指出，第七代 GaN 的導電性正接近銅，同時在各個電壓等級上持續超越矽 MOSFET。Lidow 還展示了 EPC2370，該元件具有超低導通電阻和大幅降低的電容。展望未來，EPC’s 第八代 GaN 將瞄準低電壓、高頻率和高功率密度應用，以及用於機器人和無人機的單片馬達驅動 IC，並計劃在 2027 年和 2028 年整合保護功能和電流感測功能。 觀看影片

數位世界的發展速度比以往任何時候都快。我們正處於一場新的 AI 工業革命之中，資料中心正在轉變為 AI 工廠，也就是高密度、專門建置的設施，用於大規模創造智慧。人工智慧不再只是一場軟體革命，它正迅速成為一場基礎設施革命。這種運算典範的轉變非常深刻：人類不再是唯一與 AI 互動的對象；相反，越來越複雜的代理式 AI 模型正在與其他 AI 代理對話，協調任務、自主推理，並處理極長的 token 序列。