GaN：解决数据中心电源使用效率指标漏洞

用氮化镓取代硅功率半导体来提升数据中心能效

当生成式 AI、物联网及各种数字应用百花齐放下，大量的数据不断在人类生活各层面中被产生、实时处理、分析、计算，市场对数据中心算力及效率的需求仍处急遽攀升的成长阶段。现今数据中心的用电量约占全球用电量的百分之二，而一座超大规模  (hyperscale) 数据中心的电力需求更相当于 8 万个家庭的一年用电量。

硅基功率元件在过去 30 年来一直是数据中心电源主流的设计结构，但近年数据中心运营商正积极向氮化镓 (GaN) 技术靠拢，以在成本、效率、及永续等面向获益。 GaN 功率元件不仅已插旗许多不同电源应用，更被视为是数据中心提升获利、减少运营费用，并达到永续目标的重要技术。

原因是什么?

电力使用效率 (PUE) 漏洞：评估数据中心营运效率的盲点

利用电源使用效率 (Power Usage Effectiveness, PUE) 作为衡量数据中心运营效率，是现今最广为采用的方法。密切监控并持续改善 PUE 对数据中心运营优化十分重要，降低 PUE 代表减少能源使用量，进而减少运营成本，同時满足永续时代下节能减碳的目标。

但是，PUE 的计算公式只计算了 IT 设备负载消耗的能源量占数据中心的总消耗能源的比例，却忽略了服务器中 AC-DC 能源转换间的功率耗损，这便是所谓的 PUE 漏洞，也是数据中心以 PUE 评估整体营运效率时会产生的盲点。

由于 PUE 不考虑 AC-DC 转换效率，数据中心便忽略了提高 AC-DC 转换器效率的重要性。

这个衡量的盲点造成目前服务器中仍采用效率仅有 90% 的 AC-DC 转换器，这代表了每次 AC-DC 能源转换间，有 10% 的能源在转换中被浪费了，这不但增加了电费成本及碳排放量，被浪费的能源同时以热的方式排出，进而提升数据中心对额外冷却系统的需求，冷却系统也是另一个非常耗电的设备。

GaN 功率半导体将大幅减少转换间的能源损耗

GaN 功率半导体将为这个现况带来转机。采用 GaN 功率器件的 AC-DC 转换器，效率可达到 96%，甚至更高，所减少的 50% 功率耗损，以平均数据中心的用电量换算，相当于节省了 370 亿千瓦小时的电量，足以供应 40 座超大规模数据中心一年的电力需求。

GaN 功率半导体为数据中心所带来的优点不仅如此，GaN 还能使服务器中 DC-DC 转换器的功率耗损减少4 倍、功率密度提升 2 倍，进而缩小服务器电源的体积，为数据中心提高单位算力。

另外，GaN 也能大幅优化不断电系统 (Uninterruptible Power Supply, UPS) 的效率并减少系统体积，在功率耗损方面降低 56%，与同体积大小的硅基 UPS 系统相比，功率输出可提高 2.3 倍。

展望未來

GaN 功率半导体为 IT 设备带来效率及功率密度上的优化，使数据中心更能满足下个世代对算力及可持续性的需求。PUE 仍然是一项评估数据中心效率的重要指标，有效结合电源使用效率与服务器能源转换效率，数据中心运营商将能更精确的衡量数据中心的运营效率，掌握获利的动能。

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