GaN Systems Data Center Articles

GaN solves data center challenges in profitability and sustainability

GaN：数据中心实现获利及永续的双赢的必胜策略

数字转型、云端运算、到最近火红的 ChatGPT 人工智能等科技推波助澜下，全球对于高速运算、数据传输及储存的需求与日俱增，数据中心使用需求也随之水涨船高。因应日新月异的科技应用，数据中心需持续提升运算能力，然而强大运算能力代表更多能源消耗，数据中心运营商正加速新技术的投资，以在提高运算能力、永续及获利间取得多赢。 目前数据中心的用电量约占全球用电量的 2%，若不做出任何改变，这头吃电怪兽将成为永续路径上的巨大的绊脚石。造成高用电量的主因，推究于目前数据中心电源系统仍以传统硅基功率器件为大宗，但硅的低导电率及低开关频率造成电源分配及转换效率低落。研究指出，大约 20% 数据中心耗能最终以热的形式浪费，且约 40% 的数据中心电力用途是降低机柜温度。 GaN 功率半导体将彻底改变现况。透过 GaN 的卓越材料特性，数据中心不仅能减少热能产生，减少冷却系统的耗能，进而降低整体用电量，每 10 个机柜每年预计可减少 100 公吨碳排量。同时，GaN 也能实现高功率密度设计，大幅缩减电源供应器体积，从原本 30 台服务器搭配 10 台电源供应器的机柜配置，升级至 34 台服务器搭配 6 台电源供应器，服务器密度增加带来的运算能力提升，将为数据中心带来更好的获利机会，预估每 10 个机柜每年可增加 300 万美元的获利。 阅读完整文章于 Power Systems Design 《GaN: Solving the Dual Challenge of Sustainability and Profitability in the Data Center》

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GaN Systems at Data Center World 2023

GaN Systems 将在 2023 数据中心展览会展现 GaN 改变能效的力量

氮化镓功率半导体使数据中心以更永续的方式提高营收获利 氮化镓功率半导体产业领导厂商 GaN Systems 将于今 (2023) 年数据中心展览会 (Data Center World) 展出完整氮化镓功率半导体解决方案，并在论坛中分享GaN功率器件将如何颠覆数据中心的能源效率与获利能力。数据中心展览会将于2023 年 5 月 8 – 11 日在美国德州奥斯汀 (Austin, Texas) 举行。 数据中心的用电量目前约占全球用电量的 2%，不断上升的用电需求造成运营成本居高不下。采用 GaN 功率半导体的电源供应器，将有效提升数据中心能源效率，减少损耗，不仅可使每 10 个机柜的获利提高3百万美金，每年更将减少超过 100 公吨碳排量。 在今年的数据中心展览会，GaN Systems 将展示划时代的电源供应器解决方案，帮助数据中心优化运营成本、减少用电需求、以更永续的方式持续获利。采用 GaN 功率器件所设计的电源供应器，相较过去硅基器件的设计，功率密度可提高 2 倍，同时减少超过 20% 能源耗损。 GaN Systems 将于摊位展示以下数据中心应用实例： 业界第一台功率密度达 100W/in3 且满足 80-PLUS 钛金等级电源供应器 2700W 超高功率密度电源供应器 3kW PFC + LLC 氮化镓电源供应器参考设计 除了丰富的展出外，GaN Systems…

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GaN Systems at PCIM Europe 2023

GaN Systems 将参加德国纽伦堡电力电子展 (PCIM Europe 2023)

展出完整跨领域氮化镓功率半导体解决方案，为高效率电动车动力系统、氮化镓快充头、高音质Class D 音频系统、和高功率密度电源供应器带来创新设计 氮化镓功率半导体领导厂商 GaN Systems 将于 5 月 9 – 11 日于德国纽伦堡举行的电力电子展 (PCIM Europe 2023) 摊位 9-204，展示其业界领先的完整氮化镓功率半导体解决方案，针对电动车、数据中心等不同应用领域，在电力系统的功率密度及能源效率上带来突破性的优化。 在今年的 PCIM，GaN Systems 将展示其最新的 11kW/800V GaN 车载充电器 (On-Board Charger, OBC) 参考设计。这款 800V GaN OBC 在以下产品优势上重写竞局： 较采用 SiC 晶体管的设计，提高 36% 功率密度 较采用 SiC 晶体管的设计，降低  15% 物料清单 (BoM) 成本 AC/DC 阶段最高转换效率 >99%；DC/DC 阶段最高转换效率 >98% 减少总功率耗损 优化热性能 这款突破性创新 11kW/800V 氮化镓车载充电器参考设计，采用三阶飞跨电容…

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GaN Systems 参加 2023 亚洲充电展

春季亚洲充电展重点回顾：氮化镓应用疆界正加速扩张

今 (2023) 年春季亚洲充电展一摆过去清零封城政策的限制，展览规模回复过去盛况，超过 2,000 名工程研发、系统整合、采购及营销业务等电源行业从业人员共襄盛举。GaN Systems 偕其他来自全球 200 多间半导体产业领导参展厂商，在展会中展出完整氮化镓功率半导体解决方案。由充电头网主办的亚洲充电展，是亚洲屈指可数的充电行业技术产业盛会，也是全球各大电源企业发布最新产品信息和技术的平台。 亚洲充电展一直以来皆是全球各大电源企业发布产品信息和展示最新技术的平台，展览主题聚焦电源芯片，功率器件、被动器件，以及消费类快充电源、户外电源、服务器电源供应器、新能源汽车充电系统等新能源应用。 氮化镓成长：消费电子主导，新应用市场加温 永续意识抬头之下，消费市场愈来愈重视终端电子产品在处理高耗能任务的效率与效能，因此在「性能」及「永续」间取得多赢局面，成为当今消费电子公司创新的核心。以 GaN 取代传统硅组件，以满足市场对能源效率及尺寸微缩的需求，已是不可逆的趋势。 充电速度更快且更轻薄短小的快充产品发表占据了今年亚洲春季展的主要版面，在性能与设计上皆有惊人突破。另外，在现今社会对电子设备更加依赖，且使用场域更多元的趋势下，方便携带且能长时间稳定供电的户外电源及储能市场也迎来爆发式成长。无论是家用或商用，户外电源或储能产品皆往更轻量及小巧，更高容量，更高输出功率的方向发展，这也为 GaN 带来了崭新的商业机会。 GaN Systems 在这次春季亚洲充电展中展示了完整且高可靠的 GaN 快充解决方案，受 Dell 戴尔、Samsung 三星、Razer雷蛇等全球领导消费电子品牌采用的量产产品，以实际成功案例阐释我们 GaN 功率晶体管如何以高可靠的绝佳性能，为消费快充产品带来系统面与产品面的效能提升，帮助客户同时兼顾市场期待与企业减碳目标。 在这次展览期间，我们也观察到，车用及数据中心等应用市场厂商对 GaN 的兴趣有显著性的提高。GaN 技术正从小众市场往主流市场靠近，从能源效率达钛金等级的数据中心电源供应器、电动车车载充电器 (OBC) 及 DC/DC 能源转换器、甚至是电动自行车、机器人、电机驱动系统等新兴市场，皆可看到 GaN 正逐渐取代硅或 SiC，成为达到更高功率密度及能源效率的较好解决方案。 若你错过了参观我们在春季亚洲充电展的摊位，请与我们联系。我们将为你介绍完整产品组合及设计资源。

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GaN Systems at APEC 2023

APEC 2023重点回顾：氮化镓的主场

GaN Systems 策略营销副总裁 Paul Wiener 着 APEC 2023 应用电力电子会议与往年一样精彩，汇集了全球电力电子领域的创新与突破。 今年的 APEC 在与会人数上有显著的成长，从系统架构师、研发工程师至企业领导皆参与此次盛会。各与会企业在主题演讲与技术专题中，洞悉能量、能源、磁性组件及电浆等技术发展，也对永续路径作出深度见解；领域专家们也在海报研讨会中，针对现今能源挑战议题，提出不同解决方案，解决问题与创新是推进电力电子领域的两大关键动能。 当然，APEC 的展区也是亮点满满，半导体、磁性组件、被动组件、封装测试等电力电子产业生态系中的领导企业，皆在展期间发表最新技术与产品。 位于舞台的中心—氮化镓 今年 APEC 唯一与以往不同之处，便是氮化镓技术的遍地开花，与 GaN 有关的技术论文便高达 70 多篇，而 GaN Systems 的产品更在其中 40 篇中被采用或提及，GaN 无疑是今年电力电子领域中，最受讨论与关注的技术。 在 GaN Systems 今年的摊位上，可以看到不同应用市场的客户如何导入 GaN 技术，并利用 GaN 解决能效问题。在消费电子领域，GaN 快充技术成为主流已经是不争的事实，无论是专业或消费音讯市场也逐渐看到更多厂商采用 GaN 来提升音响音质及性能。另外，包括 LED 照明、电机控制系统、微型交通及服务器电源供应器等商用及工业领域也有不少氮化镓应用的实现。 今年 GaN Systems 展位上最受瞩目的便是我们最新发表的 11kW 800V 氮化镓车载充电器 (OBC) 参考设计。这款参考设计除了在体积微缩上令人惊艳外，与采用 SiC 功率组件的设计相比，分别在功率密度上提升 36%、在物料清单 (BoM) 成本上减少…

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GaN Systems in automotive and data center

GaN Systems：复合增长率97%，GaN在车用市场将迎来甜蜜点

GaN Systems 全球业务开发副总裁庄渊棋最近接受中国第三代半导体产业领先媒体与研究机构「行家说三代半」专访，针对「全球半导体产业的挑战与机会」、「第三代半导体的竞争格局与发展前景」等产业热门话题，解读当今产业态势，分析市场走向，并分享 GaN Systems 在新能源市场的布局。 2022 年半导体产业最火热关键词，莫属「缺货」和「地缘政治紧张」。庄渊棋认为，地缘政治因素将持续影响半导体产业，从各半导体大厂的投资扩厂计划便可看出，半导体产业将一摆过去集中于少数地区，而逐渐迈向区域化多元发展。另外，在市场修正下，半导体供不应求情形缓解，但部分应用芯片及器件将维持供不应求情形，包含功率器件及模拟 IC 交货仍较预期长。 随市场对更高性能、更高效率的电力电子产品的需求持续呈现指数增长，第三代半导体的应用边界持续地拓宽和深化。庄渊棋认为，第三类化合物半导体—碳化硅、氮化镓所具备之耐高温、耐大电压、快速作动等特性，相较于传统硅基功率组件，更可满足上述市场需求。无论是 GaN 或 SiC，分别有其甜蜜点，但在其交界边缘也存在一些重叠与竞争，客户将针对不同的产品特性及任务剖面 (Mission Profile)，选择最适合功率器件，举例来说，当开关频率超过 150KHz，GaN 的优势明显大于硅及 SiC。庄渊棋进一步指出，「 2023 年功率半导体供应链将更为活络，尤其在禁售内燃机引擎车辆的时程逐步逼近，我们认为化合物半导体在电动车的采用将加速，特别是 GaN 在车载充电器 (OBC) 的应用。」 GaN Systems 在新能源车、数据中心等高可靠性市场皆有领先业界的布局。在新能源车市场，GaN Systems 是唯一做出实绩的 GaN 功率器件公司，拥有沃玛 (Walmart)及美国陆军等客户的电动车新创公司 Canoo，其电动皮卡车 OBC 便是采用 GaN Systems 的功率晶体管设计。在数据中心市场， xFusion 超聚变采用 GaN Systems 功率晶体管所设计的服务器电源供应器，在功率密度上便达到 100W/in3，同时转换效率达 80 Plus 钛金等级 (96%)，能大幅降低数据中心营运成本。 电汽化 (Electrification) 、数字化 (Digitalization)及净零永续 (Sustainability) 三大全球趋势将持续加速氮化镓功率半导体产业成长及应用落地。尤其在新能源车市场，受惠于全球禁售燃油车政策与一线车厂积极投资下，电动车销量将持续急遽攀升，在俗称的电动车三电—车载充电器…

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GaN Systems 正引领氮化镓技术革新

GaN Systems 全球业务开发副总裁庄渊棋接受 EE TIMES Asia 访问时表示，氮化镓功率组件将解决硅基器件的瓶颈，为电力电子系统能源效率带来破坏式创新。 「氮化镓功率组件的应用正从消费电子市场快速往电动车及数据中心等高可靠性 (HiRel) 市场扩张，」庄渊棋表示，GaN Systems 不仅已在消费电子市场获得肯定，包括 Dell、Samsung、Razer 等全球领导手机及笔记本电脑品牌皆已采用 GaN Systems 的 GaN 功率晶体管产品。「我们也是全球少数在车用领域做出实绩的公司，」拥有美国零售龙头 Walmart 及美国陆军等大客户的电动车新创 Canoo，其电动皮卡上的车载充电器 (OBC) 便是采用 GaN Systems 氮化镓功率晶体管；另外，BMW、Vitesco Technologies 等一线车厂、OEM 也皆是 GaN Systems 在车用领域的重点策略伙伴。 成长动能 「维持获利并实现净零的双目标驱使下，碳排大户数据中心正积极导入更高效率的电源管理解决方案，」庄渊棋进一步解释，在 AI、5G、大数据等应用持续发展下，数据中心将需要体积更小且功率密度更高的电源供应器，以提升每一服务器机架的运算能力。同时，针对新建数据中心，相关法规也将陆续于今 (2023) 年生效，包含 EU Eco Design Lot 9 要求能耗效率由 94% 提升至 96%；中国《物联网新型基础设施建设三年行动计划》限制新建数据中心能源运用效率 (PUE) 需低于1.3，「因此我们将看到更多数据中心导入氮化镓电源解决方案，以达到延后新的资本投资，节省水电，并减少对冷却系统的过度依赖。」 另外，全球政府「弃油转电」政策确立、车厂积极投入转型，电动车市场成长幅度将更为急遽，「电动车将是 GaN 的下一个主力市场，2025-2026 年将看到更多市场渗透，」庄渊棋表示，Yole Développement 报告中也指出，GaN…

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多重应用齐发 氮化镓功率半导体迎向成长转折点

氮化镓功率半导体领导者GaN Systems从地缘政治下全球半导体产业链动态、能源转换效率革新等面向，展望2023年全球功率半导体产业发展态势。电汽化 (Electrification) 、数字化 (Digitalization)及净零永续 (Sustainability) 三大全球趋势将持续加速氮化镓功率半导体产业成长及应用落地。氮化镓稳定、耐高压高温的物理特性使其逐步在数据中心、电动车、工业制造、及消费电子等「由能源驱动」的应用市场中崭露头角，成为解决硅基组件目前瓶颈的理想替代方案。然而面对大环境政经不确定性等逆风因素，供应链管理及多元布局将成为功率半导体业者的决胜点—能巩固现有客户的交期，同时有余力点燃创新之火，突破技术瓶颈。 地缘政治促使全球政府及企业扩大当地投资 半导体产业链趋向多元化 GaN Systems全球执行长Jim Witham在稍早接受富比士访问时指出，如果半导体业者从过去18个月中学习到什么，那就是风散风险不再单指产品组合的多样性，更指「供货商组合」的多样性。供货商多样性除地域上的多元之外，企业也需认同供货商多元的价值，因为即使是规模较小的供货商也有可能为当下困境提供最及时的解套。 「作为一个在全球化的企业，我们乐见各国政府扩大投资当地半导体产业，为产业链多元化作长远发展规划发展，」GaN Systems 亚洲区总经理Stephen Coates表示，在近期的未来，我们会看到更多半导体厂在欧美及新兴市场的投资计划，但半导体产业生态系的合纵连横绝对不能在短时间被复制或取代。 能源独立与脱碳挑战加剧 吹起能源转换效率革命号角 各行业的电汽化及数字化造成能源需求急速攀升，即使近年再生能源发电成长有所突破，但仍远不及全球的用电需求。当全球企业都将脱碳视为一项不仅是立即需采取的行动，更是长远需达成的目标，能源转换效率的革新便成为企业在永续跟获利间取得双赢的重要手段。GaN Systems认为氮化镓功率半导体将在这场能源革命中扮演举足轻重的角色，从减少能源转换间的能量流失，开发更高功率但尺寸更小的储能系统，最终全面提高再生能源发电使用效率，氮化镓功率半导体将会是通往全球净零转型的快捷方式。 碳排大户数据中心将靠氮化镓维持获利并实现净零 为因应日益庞大的数据量，数据中心平均每3-5年需升级硬体设备以维持效能，欧盟针对服务器、数据储存等产品能源效率通过ErP 环保设计指令Lot 9，开放运算计划(OCP)重新定义数据中心电源供应器尺寸规范—较原先缩小30%，「接下来我们将看到有更多云端巨头数据中心导入氮化镓功率半导体，以实现更高效率的电源管理，」GaN Systems市场开发副总经理庄渊棋表示，氮化镓功率组件更快的开关速度、更高的导电性及将帮助数据中心减少在电源转换和电路分配上热能产生，进而减少复杂冷却解决方案的需求。采用氮化镓技术，每10组服务器机架每年约能增加300万美元的利润。 氮化镓功率半导体进入电动车市场甜蜜点 汽车弃油转电政策、地域冲突下的能源风险、全球减碳目标确立等因素并行下，电动车市场成长幅度将更为急遽。展望2023年，碳化硅功率组件的发展将受限缺料、良率及高居不下的成本，「反观氮化镓车用功率组件，虽目前仍处开发阶段，但市场将在2025-2026年开始发酵，氮化镓技术将满足Tier 1车厂对车用组件在效能、可靠度、成本及产能上的要求，」庄渊棋补充。目前氮化镓在电力系统的应用仍以400V为主流，多階電流轉換器(Multilevel Converter)在800V電力系統的應用也將進入驗證階段。 氮化镓功率半导体技术将持续在消费市场商品化 从主流45W及65W到100W-180W的单孔或多孔氮化镓充电器将在明年持续重写消费者对快充的定义。氮化镓功率组件也将持续以更轻小的外型、更卓越的音质渗透家用、汽车、船舶等不同音讯市场，同时在家用电器、大屏幕电视、电动脚踏车、电动工具等新兴应用机会也将浮现。 Stephen Coates总结，不畏大环境政经等逆风因素影响，全球氮化镓功率半导体市场将在消费电子、车用、数据中心、工业制造等应用驱动下，于2027年达到20亿美元市值1，而全球企业对获利及永续的承诺也将持续为氮化镓功率半导体产业添加成长动能。 1 Power GaN 2022: Market and Technology Report 2022, Yole Intelligence

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实现下世代电源供应器的GaN氮化镓功率级设计

论坛主题： 分析不同氮化镓功率级设计拓朴结构及使用功率 探讨氮化镓功率级设计所带来的散热及导电效能优化 分享氮化镓功率级设计在消费电子充电器及变压器、商用及工业用电源供应器、或车载充电器及牵引逆变器等应用案例 Download a copy of this presentation >

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发热克星：GaN如何防止数据中心过热

也许答案是电力电子器件，它从根源产生较少的热量…… 数据中心是当今技术世界中不可或缺的一部分。随着云计算和机器学习（ML）等新技术越来越被广泛采用，工作负载日益增加，数据中心的压力也正在增加，在未来这一趋势只会持续，不会停止。 不幸的是，数据中心目前采用的电源转换和分配技术并不适合处理这种需求的增长。具体而言，基于硅的电力电子设备效率相对较低，最终要求数据中心采用特制的冷却系统来维持温度在安全范围。最终，因此而增加的开销使数据中心的可持续性降低，成本效益降低，对数据中心提供商和最终用户来说更加昂贵。 应对这一挑战的解决方案是氮化镓（GaN），作为经过验证的硅替代品，它可以提供卓越的性能和效率。GaN具有独特的优势，可以彻底革新数据中心的电力分配和电力转换，节省能源，减少对冷却系统的需求，并最终使数据中心更具成本效益和可扩展性。 传统技术和冷却需求 硅基电子学是一个相对古老的领域，其根源可以追溯到20世纪50年代。虽然该技术已经突飞猛进，但根本上其能力仍然受到材料本身的限制。 具体而言，在功率半导体领域，硅的电导率相对较低，开关速度较慢，导致其无法成为电力电子的理想材料。尽管如此，当今数据中心内的大多数电力电子设备仍然依赖硅基设备来实现功率转换和分配等功能。 与此同时，数据中心格局在过去十年中发生了巨大变化。如今，数据中心预计将运行比以往更多的计算密集型工作负载——需要更快的速度和更多的功耗来满足新的需求。再加上对硅技术的依赖，导致现代数据中心浪费了惊人的电力量，并产生了大量不必要的热量。 一些报告甚至发现，数据中心以热量的形式浪费了多达98%的电能。 如果我们继续依赖硅，过度的发热和对冷却系统的严苛要求将继续困扰着该行业，并成为瓶颈。这不是一条可持续的前进道路。 这是一个问题，因为它往往会降低服务器的性能，导致它们运行变慢，故障频率变高。这会对最终用户的性能产生负面影响，并且由于与数据中心相关的维护费用较高，因此会增加各项成本。 为了应对热挑战，数据中心使用复杂的冷却技术来保持安全的工作温度。虽然该方案有效，但它为数据中心的运营增加了显着的开销，数据中心运营商和客户的价格随之水涨船高。 硅的主要问题 在数据中心内，特别容易受到高浪费和发热影响的是功率转换和配电。 电源转换是数据中心的基本要素，其中电源和电力转换电路工作产生整个数据中心使用的所有电力。其中，AC/DC转换器、DC/DC转换器和稳压器等电路几乎都依赖硅晶体管作为开关器件。硅晶体管作为开关还控制进出数据中心内不同区域的电源流量和方向。 在这两种情况下，理想的情况是找到一种可以提高效率的硅的替代品。 GaN保持低温 由于令人印象深刻的材料特性，与硅晶体管相比，基于GaN的晶体管具有更快的开关速度，更高的导电性以及总体更优的性能。具体而言，GaN的电导率比硅高1000倍，并且在某些应用中已被证明与硅相比，可节省高达40%的功耗。 正因如此，GaN晶体管为数据中心电力电子应用中的传统硅提供了更高效率的替代品。使用GaN代替硅的结果是，数据中心电源转换和电能分配电路可以浪费更少的能量并产生更少的热量。 凭借这些优势，GaN将对数据中心行业产生革命性的积极影响。GaN可以显着减少数据中心对复杂冷却解决方案的需求，从而使它们的运行和维护成本更低，提供更长的使用寿命，并且降低开销。正因如此，研究发现，对于数据中心的每组10个机架，基于GaN的PSU可以增加300万美元的利润。 总而言之，切换到GaN的好处包括数据中心提供商和最终用户的成本降低，更高的性能和更高的可靠性。 随着计算密集型工作负载日益增加的趋势继续给数据中心带来前所未有的压力，该行业必须调整以跟上步伐。如果我们继续在数据中心依赖硅技术，过度的热量产生和对复杂的冷却系统的需求将继续困扰着整个行业，并成为可扩展性和经济效益的瓶颈。 硅技术无法成为该领域的可持续前进道路。最终，数据中心电源应用从硅切换到GaN将是未来数据中心发展的必要条件。  

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