雜談GaN技術

By: Maurizio Di Paolo Emilio, Contributing Editor at Data Centre Digest

Artificial intelligence workloads are rapidly reshaping data center power architectures. Conventional server infrastructure was not originally designed to sustain today’s extreme compute density requirements. As a result, modern facilities increasingly resemble “AI factories,” where maximizing computational throughput per rack is a primary objective.

近期氮化鎵（GaN）功率元件的進展顯示，其運作範圍已大幅擴展至 40 V 以下的低電壓應用領域。由於具備良好的導通性能、成熟且廣為理解的製造製程，以及經驗證的可靠性，矽 MOSFET 長期以來主導此電壓範圍。

PCIM Mesago
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與提供高電壓 GaN 產品的瑞薩（Renesas）建立合作關係，為 EPC 擴展其中低電壓產品組合帶來新的契機。

氮化鎵（GaN）——一種與碳化矽（SiC）並列的寬能隙半導體——已成為新世代電力電子中優於矽的替代技術。知名市場研究機構 Yole 預測，到 2030 年 GaN 功率市場規模將達 30 億美元，2024 年至 2030 年期間的年複合成長率高達 42%，主要受 OEM 採用率提升、消費市場成熟，以及在 NVIDIA 支持下 AI 資料中心業務擴張所推動。

Power Electronic News
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本文最初發表於 EE Times。

功率 MOSFET 市場規模龐大且發展成熟，預計到 2027 年市場價值將達到約 140 億美元。該市場通常分為三個電壓區間：40 V 以下、40–200 V，以及 600 V 以上。其中，200 V 以下的市場約占整體市場的 75%。高效能電源轉換（Efficient Power Conversion，EPC）的大多數目標應用正集中於此區間，包括 AI 伺服器、48 V 電源轉換器、機器人以及自主機器。這使其成為 GaN 技術採用的關鍵戰場。透過聚焦於更高效率、更高功率密度與更簡化的系統設計，GaN 技術正逐步成為現代電源轉換系統中取代矽元件的可行方案。

在接受 MakerPROTW 特約編輯 Judith Cheng 的專訪時，Efficient Power Conversion（EPC）共同創辦人暨執行長 Alex Lidow 介紹了公司目前已投入量產的第七代氮化鎵（GaN）技術，以及該技術對傳統上由矽 MOSFET 主導的低電壓應用所帶來的影響。隨著 40 V 的 EPC2366 等元件已進入大量生產，EPC 正將 GaN 定位為 40 V 及以下電壓範圍內的主流選項——此市場規模甚至超過 GaN 最初取得突破的 100 V 區段。

Michael A. de Rooij 與 Alejandro .P. Pozo

本文發表於 EEPower。

人工智慧如今正廣受關注，其影響力只會持續擴大。當前真正的挑戰在於如何以最佳效率滿足不斷成長的能源需求。NVIDIA 最近發佈的一份白皮書¹指出，結合儲能解決方案的 800 V 直流架構，是一種可滿足當前與未來 AI 伺服器基礎架構需求的替代方案。這類系統所需的供電功率將以兆瓦計，而不僅是千瓦。實現這一目標的關鍵技術是 GaN。EPC 與 NVIDIA 合作，開發了一款具備成本效益、低剖面的 800 VDC 至 12.5 VDC 轉換器²，可提供高達 6 kW 的功率。該設計採用了 EPC 最新的 150 V 與 40 V GaN 元件^3,4，整體佔板面積僅 5,000 mm²，總厚度僅 8 mm。此設計展示了 GaN FET 如何在維持低成本的同時，實現高效率與高功率密度的結合，並以滿載效率達到 97% 為目標。

在摩納哥舉行的 Bodo Power Systems 寬能隙論壇上，EPC 創辦人暨執行長 Alex Lidow 憑藉其五十年電力半導體經驗，為 GaN 的討論定下基調，強調了氮化鎵（GaN）的顯著優勢。與來自德州儀器（Texas Instruments）、Navitas、英飛凌（Infineon）、東芝（Toshiba）、福斯汽車（Volkswagen）及三菱（Mitsubishi）的專家同台交流時，他將 GaN 定位為低電壓、高頻系統的最佳選擇——應用範圍涵蓋 AI 資料中心、人形機器人、自駕車以及 LiDAR。儘管 SiC 仍是高電壓應用的首選，Lidow 指出，GaN 已是一項具備成本效益、正在重塑負載點（PoL）電源的技術——而且遠不止於此。

隨著人工智慧（AI）、機器人和太空系統重新定義功率電子學的可能性，氮化鎵（GaN）技術持續引領這一變革。在最近接受 Electronic Product Design & Test (EPDT) 的採訪中，EPC 的執行長兼共同創辦人 Alex Lidow 博士分享了他對 GaN 如何重塑半導體格局的見解——以及這項快速發展的技術未來的發展方向。

48 V 正在被許多應用採用，包括 AI 系統、數據中心和輕度混合動力電動車。然而，傳統的 12 V 生態系統仍然占主導地位，因此需要高功率密度的 12 V 至 48 V 升壓轉換器。eGaN® FET 的快速開關速度和低 RDS(on) 可以幫助解決這一挑戰。在本文中，評估了使用 eGaN FET 直接驅動 eGaN FET 兼容的 Renesas ISL81807 控制器 IC 的簡單低成本同步升壓拓撲設計的 12 V 至 48 V、500 W 直流-直流電源模塊。