GaN将在数据服务器中挑起效率大梁

雖然增加可再生能源是全球的大趨勢，但這還不夠，能源效率是另一個重點領域，這是因為伺服器及其冷卻系統對能源消耗，佔據了數據中心將近40%的運營成本。GaN具有獨特的優勢，提供卓越的性能和效率，並徹底改變數據中心的配電和轉換、節能、減少對冷卻系統的需求，並最終使數據中心更具成本效益和可擴展性。數位化和雲端服務的快速建置推動了全球數據伺服器的產業規模的成長。今天，數據伺服器消耗了全球近1%的電力，這個數字預計會不斷的成長下去。次世代的產業趨勢，例如虛擬世界、增強實境和虛擬現實，所消耗大量電力將遠超現今地球上所能生產的能源。

在21世紀初，Rack或Blade伺服器PSU的功率規模在200~300W左右，而當時CPU的功耗則為30W至50W之間(圖一)。圖一 : CPU的功耗趨勢。（source：NATIONAL ACADEMY）雖然增加可再生能源是全球的大趨勢，但這還不夠，能源效率是另一個重點領域，這是因為伺服器及其冷卻系統對能源消耗，佔據了數據中心將近40%的運營成本。另一方面，數據伺服器的耗能標準也朝向更高的效率發展。開放運算計畫（OCP）3.0就是為了降低能耗的硬體，所提供進一步的優化規範，包括80 Plus白金和鈦認證，以及歐盟的歐洲生態設計（ErP）第9批法規也在積極地被討論中。

伺服器對電源的需求，5年將成長3倍目前許多伺服器設計正從Rack的48V隔離、調節式的DC/DC變壓器轉換為非隔離、未調節的48V DC/DC。伺服器內部的空間非常寶貴，尤其是那些為了執行高階運算功能而設計的伺服器，對功率的要求也越來越高。同時部分GPU對電源轉換更有著額外的要求，例如在某些工作條件下需要0.6V的電壓。

這些嚴格的功率要求使得基本的功率轉換結構必須改變，因此在電路空間有限下，高功率密度架構成為電源系統設計者的目標。

以今天的主流來看，伺服器CPU的功耗約為200W，散熱設計功率也接近到了300W，因此伺服器PSU的功率規模將被大幅度的增加到800~2000W。更進一步，為了滿足越來越多例如雲端運算、AI運算等的伺服器計算要求，使得伺服器必須支持GPU與CPU協同作業，預計5年內，伺服器的電力需求將增加到3000W以上，甚至在不久的將來，數據中心PSU的功率更將大幅增加到5000W以上。

與SiC相比，GaN具有更穩定的鍵合結構，雖然擊穿電壓不能像SiC組件那樣高，但卻適用於高頻領域。透過高頻率下開關，可縮小電感和其他週邊組件。

電子系統對功能的需求增加往往超過可用能量。這需要提高在額定外形尺寸（或功率密度）下處理的功率量，當然可以透過更高的效率和開關頻率來實現。不過，因為GaN材料功率晶片的出現，電源設計人員樂於透過這樣的組件，將更多功率壓縮到更小的空間中，來提高效率並改善熱性能。因此電源系統設計人員相當樂於將GaN應用在電源等方面，透過更高的密度和效率來提升效能。

GaN繼續擴展在雲端伺服器上高速通訊的應用就如上述，得力於透過GaN技術的進步，再加上電磁學和散熱管理方面的改進，使得高效能的這個目標得以加速實現。圖四是最新版本的48 – 12 V非調控DC/DC的佈局和物理結構。利用所有三個尺寸將變壓器置於主動電路的頂部，這樣可以節省空間，並減少電阻損失。並且峰值效率達到98%，另外加上有效的散熱管理，使這個尺寸為22.8mm × 17.5mm × 7.5mm的微型變壓器能夠提供高達1 kW的功率。圖四 : 1kW 48V–12V LLC 變壓器。（source：Data Center Dynamic）為了實現AIoT應用，需要更快的射頻功率放大器應用在雲端伺服器上，以及由感測器、執行器和微控制器組成的網路邊緣，此外，這些功能中的每一個關鍵性IC，更能將異構整合到特定應用的系統中。

和電源電路一樣，與傳統的矽半導體相比，由GaN和GaAs製成的射頻功率放大器也具有許多性能優勢，例如更高的開關速度、低R DS(ON)帶來的更低的電流損耗，以及更高的功率密度。採用GaN技術製造射頻功率組件，不僅可提供高功率密度和良率，更可以在高電壓和在255℃下操作超過100萬小時。

GaN將是下一代遊戲規則改變者數據伺服器是當今技術世界不可或缺的一部分。隨著雲端運算和機器學習（ML）等新技術和工作負載的廣泛採用，數據伺服器的壓力越來越大，而且這種趨勢預計只會持續下去。

相信接下來這一挑戰的解決方案將由GaN來擔任，GaN具有獨特的優勢，提供卓越的性能和效率，並徹底改變數據中心的配電和轉換、節能、減少對冷卻系統的需求，並最終使數據中心更具成本效益和可擴展性。

GaN是下一代半導體。並且隨著GaN在積體電路和電晶體中的性能和潛在能力相當高，全球業者已經投入大量的資源進行開發，毫無疑問，GaN半導體將是技術和電子產業的下一個遊戲規則改變者。

GaN將是下一代遊戲規則改變者時科新品GaN SKGI8020 、SKGI8120採用三合一晶片，整合控制器、驅動器、HEMT；支援二次側控制；支持最小化PCB、減少搭配問題，實現最佳性價比.具有集成啟動調節器、、工作頻率高達 500 kHz、坡底切換操作以實現高效率、最少的 BOM 數量和成本、待機功耗低等優質特徵

可廣泛應用於伺服器電源模組、USB type-C 、電源適配器、手機和平板充電器、筆記本電腦適配器、消費電子等應用領域