本文最初由 Bill Kleyman 于 2018年11月5日发布在 Data Center Frontier 网站上。了解更多关于 eGaN 技术 以及 EPC GaN 解决方案在 数据中心的应用。

数据中心是一个不断变化的实体，是我们技术格局的一部分。但有时，托管行业中最大的变化发生在使数据中心运作的核心，而这些变化可能在一开始并不明显。在这种情况下，我们谈论的是数据中心的电力，以及市场上创新解决方案的潜力，例如在电力转换设备中使用氮化镓 (GaN)。

数据中心领导者普遍认为，目前行业的电力转换技术已经足够好。但随着我们展望数据增长和数据中心空间需求扩展的未来，这种情况显然已不再成立。

Gartner 估计，由于每千瓦时 (kwh) 成本的增加和基础需求，尤其是对于高功率密度服务器的需求，持续的电力成本每年至少增加10%。NRDC 的一份最新报告指出，到2020年，数据中心的电力消耗预计将增加到大约每年1400亿千瓦时——相当于50个电厂的年度产量——每年将使美国企业支付130亿美元的电费。

与此同时，最新的 AFCOM 数据中心状况报告发现，大多数受访者报告机架功率密度正在增加。尽管机架功率密度在增加，但同一报告还表明，实际企业数据中心容量需求几乎没有增长。

这意味着今天的数据中心领导者必须在更小的空间内完成更多的工作。还要考虑到目前电力占数据中心运营费用 (OPEX) 的大约10%，这个数字预计将在五年内上升15%。

除了不断增长的电力需求外，由于新兴的边缘计算设计，数据中心的格局正在发生变化。边缘计算将直接影响小型数据中心位置的部署方式，从机架密度到电力消耗。边缘数据中心和边缘计算的目标是将设施放置在数据生成和消费的地方附近，从而创建更多必须更小且超高效的数据中心。对于边缘设计，数据中心管理人员将从提供更高性能、更高功率效率和更高功率密度的先进电力解决方案中受益。

数据中心电力系统如何应对？

目前市场正关注氮化镓 (GaN) 在电力转换设备中的应用。虽然 GaN 已经存在了一段时间，但它在数据中心领域还是相对较新的技术。

现在正在研究其作为传统硅基晶体管的替代品，带来更高效率的数据中心电力分配的潜力。

晶体管最早被广泛使用是因为它们体积小、灵活且高效。在整个1970年代和1980年代，晶体管的增强技术，如更多的集成电路和早期计算技术的迭代，使得该技术更加流行。硅基金属氧化物半导体场效应晶体管 (MOSFET) 处于这一切的中心。

在今天的市场上，我们已经达到了硅驱动的功率效率的上限。但这并不是坏消息。更好的数据中心解决方案正在逐渐出现。几十年来，首次出现的新兴半导体技术正在证明它们比硅更高效，同时降低了整体电力系统成本。

氮化镓登场。这种宽带隙半导体材料在1990年代进入市场，也许它最为人知的用途是 LED 照明技术中的关键组件。但它还有许多其他用途，如今，它也被用于半导体功率器件和射频组件的生产。

拉斯维加斯 SUPERNAP 校园内的电力房间。(照片: Switch)

第一代增强模式氮化镓晶体管于2010年正式上市。在数据中心和电力效率方面，GaN 可能仅作为 MOSFET 的替代品。

GaN 具有成为颠覆性技术的潜力。与硅相比，GaN 可以将功率密度提高多达40%，开关速度快两到三倍，减少热量散失并降低整体电力系统成本。

最终，使用高压 GaN 构建的机架电源和其他设备有潜力产生所需的功率密度，以最大限度地利用机架空间，并最终提高数据中心的整体性能。

氮化镓技术引起兴趣

虽然近年来推出，但高压 GaN 已经投产并可供使用。此外，值得信赖的电源和工业设备制造商也在生产，包括 Bel Power、CORSAIR、Seasonic、Yaskawa 等，他们销售的 GaN 基产品展示了 GaN 提高效率和功率密度的能力。

一年多前，专注于高性能、高可靠性 GaN 产品的 Transphorm 宣布，Bel Power 推出了首款采用 Transphorm GaN FET 的 AC-DC 电源。该市场中的其他供应商包括 GAN Systems 和 Efficient Power Conversion，它们也为数据中心运营商提供产品。

至于成本，请考虑这一点。电力领域的领导者们已经研究和开发高压 GaN 十多年了。因此，许多 GaN 平台和产品已经是第三代技术。研究和代际改进不仅提高了性能、质量和可靠性，还推动了晶体管价格逐年下降。这表明高压 GaN 创新和产量的增加将降低成本。许多人已经在使用 GaN 来降低整体数据中心的 OPEX 成本。在我们最新的 Data Center Frontier 氮化镓技术特别报告中，可以看到直接的例子。

市场还可能会看到更多产品制造商推出利用 GaN 半导体技术优势的服务器、电源和其他终端设备。

目前，GaN 仍然是一项相对较新的技术，但其采用率正在增长。现实情况是对功率密度、成本和空间的需求将继续增长，而这些挑战肯定不会消失。行业将不得不继续寻找这些关键问题的答案，氮化镓很可能成为答案的一部分。

有关氮化镓技术及其与数据中心行业和未来数据中心电力的关系的最新和最深入的报道，请参阅下文的 Data Center Frontier 最新报道，包括文章和特别报告系列。

通过 Data Center Frontier 的特别报告系列和持续报道，进一步探索不断发展的边缘计算世界。

Rick Pierson, Senior Manager, Digital Marketing