從CPU，GPU，內存，網絡等方面的數(shù)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(shù)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(xiàn)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(shù)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(shù)據中心整合–超大規(guī)模

隨著互聯(lián)網協(xié)議（IP）流量的持續(xù)增長，規(guī)模經濟意味著數(shù)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(shù)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(shù)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(tǒng)的低功能（例如，僅語音）電信系統(tǒng)，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(shù)電信系統(tǒng)已經超過了原來的“僅蜂窩塔式”結構，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)組件作為服務器。由于預測顯示從2015年到2025年僅10年內數(shù)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(tǒng)中。[NTT]

為什么選擇氮化鎵？

鎵（Ga，原子序數(shù)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(xiàn)超低電阻和電容，同時實現(xiàn)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(tǒng)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(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(shù)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(lián)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(xiàn)在，已經有超過900萬個GaNFast電源IC出現(xiàn)了零現(xiàn)場故障和超過170億個設備現(xiàn)場小時。可靠性數(shù)據是保守的“關鍵任務”數(shù)據中心市場采用氮化鎵的關鍵基礎。

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