從CPU，GPU，內(nèi)存，網(wǎng)絡(luò)等方面的數(shù)據(jù)處理以及從高壓AC一直進(jìn)行電源轉(zhuǎn)換的角度來看，“硅芯片”一直是數(shù)據(jù)革命的支柱，實(shí)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(zhuǎn)換平臺的硅已經(jīng)達(dá)到其物理極限，現(xiàn)在該是一種新的半導(dǎo)體-氮化鎵（GaN）取代了的時候了。全球范圍內(nèi)的Si-GaN數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)中心整合–超大規(guī)模

隨著互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議（IP）流量的持續(xù)增長，規(guī)模經(jīng)濟(jì)意味著數(shù)據(jù)中心正在整合為“超大規(guī)?！边\(yùn)營（圖1）。這些設(shè)施是從頭開始構(gòu)建的，因此與舊式或翻新的電源解決方案無關(guān)。

圖1：年度IP流量增加和“超大規(guī)?！睌?shù)據(jù)中心的崛起（思科）

服務(wù)器和電信架構(gòu)的整合– HVDC

讓我們看一下數(shù)據(jù)中心的架構(gòu)，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(gòu)。對于服務(wù)器，這通常是空調(diào)房間中的AC到12 VDC，而對于傳統(tǒng)的低功能（例如，僅語音）電信系統(tǒng)，這是遠(yuǎn)程潮濕的“蜂窩塔”，需要AC進(jìn)行“防腐蝕” ，負(fù)參考48 VDC用于備用電池。隨著通信量的增加，大多數(shù)電信系統(tǒng)已經(jīng)超過了原來的“僅蜂窩塔式”結(jié)構(gòu)，現(xiàn)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(tǒng)組件作為服務(wù)器。由于預(yù)測顯示從2015年到2025年僅10年內(nèi)數(shù)據(jù)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(wù)器AC和電信48 VDC架構(gòu)整合到400 VDC HVDC系統(tǒng)中。[NTT]

為什么選擇氮化鎵？

鎵（Ga，原子序數(shù)31）和氮（N，7）結(jié)合在一起成為半導(dǎo)體材料-氮化鎵（GaN）-像硅（Si，14）一樣。GaN是一種“寬帶隙”材料，因?yàn)樗峁┑碾娮訋侗裙璐?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(shí)現(xiàn)超低電阻和電容，同時實(shí)現(xiàn)高達(dá)100倍的更快開關(guān)速度。低電阻和低電容可轉(zhuǎn)化為更高的電源轉(zhuǎn)換效率，因此可將更多的電源傳遞給IT負(fù)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(tǒng)變暖并產(chǎn)生更多的制冷（空調(diào)）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(gòu)建塊的實(shí)用且高性能的實(shí)現(xiàn)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(qū)動，控制和保護(hù)高度集成，以創(chuàng)建易于使用的高性能，高頻（2 MHz），“數(shù)字輸入，輸出”構(gòu)建模塊。GaN功率IC是功率電子技術(shù)第二次革命的催化劑。

圖3：電力電子技術(shù)的兩次革命，伴隨著新的開關(guān)材料，集成，新的磁學(xué)和新的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的“完美風(fēng)暴”，從學(xué)術(shù)界向工業(yè)界過渡。每次旋轉(zhuǎn)的結(jié)果顯著提高了開關(guān)頻率，效率，功率密度并大大降低了成本。2014年Navitas半導(dǎo)體公司的加入標(biāo)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(lián)想，戴爾，小米，OPPO和華碩等一級OEM隨后發(fā)布了功率高達(dá)300W的智能手機(jī)和筆記本電腦充電器?，F(xiàn)在，已經(jīng)有超過900萬個GaNFast電源IC出現(xiàn)了零現(xiàn)場故障和超過170億個設(shè)備現(xiàn)場小時?？煽啃詳?shù)據(jù)是保守的“關(guān)鍵任務(wù)”數(shù)據(jù)中心市場采用氮化鎵的關(guān)鍵基礎(chǔ)。

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