從CPU，GPU，內存，網絡等方面的數據處理以及從高壓AC一直進行電源轉換的角度來看，“硅芯片”一直是數據革命的支柱，實際上是推動這一革命的推動力。降至微處理器所需的1V。問題在于，作為功率轉換平臺的硅已經達到其物理極限，現在該是一種新的半導體-氮化鎵（GaN）取代了的時候了。全球范圍內的Si-GaN數據中心升級將減少30-40％的能量損失，這意味著到2030年將節(jié)省超過100 TWh和125噸的CO2排放量。

數據中心整合–超大規(guī)模

隨著互聯網協議（IP）流量的持續(xù)增長，規(guī)模經濟意味著數據中心正在整合為“超大規(guī)模”運營（圖1）。這些設施是從頭開始構建的，因此與舊式或翻新的電源解決方案無關。

圖1：年度IP流量增加和“超大規(guī)模”數據中心的崛起（思科）

服務器和電信架構的整合– HVDC

讓我們看一下數據中心的架構，以及GaN可以在其中減少損耗，從而節(jié)省金錢和自然資源的架構。對于服務器，這通常是空調房間中的AC到12 VDC，而對于傳統的低功能（例如，僅語音）電信系統，這是遠程潮濕的“蜂窩塔”，需要AC進行“防腐蝕” ，負參考48 VDC用于備用電池。隨著通信量的增加，大多數電信系統已經超過了原來的“僅蜂窩塔式”結構，現在處于類似的“干凈”環(huán)境中，因此48V可以是正參考電壓，并且可以使用類似的系統組件作為服務器。由于預測顯示從2015年到2025年僅10年內數據流量將增長30倍，因此這一趨勢有望繼續(xù)。在合并方法中，我們還可以受益于從交流配電過渡到400 V直流配電的方法，如圖2所示。 。

圖2：將服務器AC和電信48 VDC架構整合到400 VDC HVDC系統中。[NTT]

為什么選擇氮化鎵？

鎵（Ga，原子序數31）和氮（N，7）結合在一起成為半導體材料-氮化鎵（GaN）-像硅（Si，14）一樣。GaN是一種“寬帶隙”材料，因為它提供的電子帶隙比硅大3倍，這意味著它可以用大得多的芯片來處理大電場。憑借更小的晶體管和更短的電流路徑，可實現超低電阻和電容，同時實現高達100倍的更快開關速度。低電阻和低電容可轉化為更高的電源轉換效率，因此可將更多的電源傳遞給IT負載。這意味著每瓦更多的功能或更多的“操作”，而不是將能量消耗為熱量，從而使系統變暖并產生更多的制冷（空調）工作量。此外，高速（頻率）切換意味著尺寸更小，

GaN作為功率元件構建塊的實用且高性能的實現方式處于集成解決方案中，即Navitas Semiconductor的GaNFast電源IC。此處，GaN電源（FET），驅動，控制和保護高度集成，以創(chuàng)建易于使用的高性能，高頻（2 MHz），“數字輸入，輸出”構建模塊。GaN功率IC是功率電子技術第二次革命的催化劑。

圖3：電力電子技術的兩次革命，伴隨著新的開關材料，集成，新的磁學和新的拓撲結構的“完美風暴”，從學術界向工業(yè)界過渡。每次旋轉的結果顯著提高了開關頻率，效率，功率密度并大大降低了成本。2014年Navitas半導體公司的加入標志著GaN功率IC的推出。[Navitas]

“第二次革命”開始于移動快速充電器市場，售后配件公司如Anker，AUKEY和Belkin提供了30至100W的單端口和多端口GaN基充電器。聯想，戴爾，小米，OPPO和華碩等一級OEM隨后發(fā)布了功率高達300W的智能手機和筆記本電腦充電器。現在，已經有超過900萬個GaNFast電源IC出現了零現場故障和超過170億個設備現場小時。可靠性數據是保守的“關鍵任務”數據中心市場采用氮化鎵的關鍵基礎。

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