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生成式AI驅動下GaN在Server power supply應用趨勢-談寬能隙材料製成之功率元件在數據中心的應用 [趨勢新知]
種類:其他公告  發布單位:技術處  發布日期:2023-09-13 17:00
作者:張致吉/工研院

一、寬能隙材料的應用趨勢

寬能隙的化合物半導體在射頻、電源和光子學等多個領域取代了矽,為各個層面的供應鏈參與者帶來了新的市場機會,尤其是在電力電子、5G、電動車、自動駕駛、更清潔和更環保的能源解決方案等大趨勢的推動下,化合物半導體市場在未來幾年實現了兩位數的增長。

二、功率模組與元件因電信與數據通信、汽車、電氣等設備需求增加 市場快速成長

2021年,由於主要應用的工業、汽車和電氣設備領域的需求增加,以及能源領域的穩定趨勢,功率元器件市場將比2020年增長17~20%。2022年,除了這些領域的需求增加外,由於中國市場的強勁增長,擴張趨勢預計將持續。

三、電信和數據通信電源轉換器之系統電壓與功率要求

寬能隙是化合物半導體的特性。沿自原有以矽基半導體做成的功率元件或模組在高功率的需求上已呈現出力不從心的態勢,因此科學家從下世代的化合物半導體找出適合應用範圍。目前看到600V以下採用GaN Transistors適合做為相關應用的功率元件,600-1200V之間的應用開始出現由SiC Transistors元件或模組來擔當,而這個應用需求也是GaN Transistors的市場,600-900V的市場因為各家電路設計的功力較勁,產品在市場可以有機會共存,然而接近1200V甚至1700V以上則是SiC Transistors的主力戰場。

四、電信和數據通信-80 Plus 標準

何謂80 Plus標準?80 PLUS是一項針對電源供應器所做的規範,目的在於提升地球能源使用效率。80 PLUS所保證的是電源供應器在20%、50%、以及滿載(100%)時有大於80%的轉換效率。換言之,在不同負載程度時僅有20%或更少的電能轉換成廢熱,藉以減少電費。80 Plus,商標為 80 PLUS,是Ecos Consulting的一項自願認證計劃,旨在促進計算機和伺服器PSU的能源高效利用。在過去的十年中,外部電源效率立法的全球監管環境發生了快速演變。高效GaN器件正在進入市場,目標是「80 Plus Gold」、「80 Plus Platinum」和「80 Plus Titanium」支架。

五、通信基礎建設-5G的部署

5G 將帶來更高的帶寬、更低的延遲和更多的功能/服務交付,但它會帶來成本墊高的問題。雖然我們會看到每單元瓦特數有所減少,但由於大規模多輸入多輸出(MIMO)的拓撲結構,將看到總功耗會有所增加。GaN技術適用於5 網絡基礎設施中的功率轉換。應用程序的要求與技術的優勢相匹配。從一些營運商估計:對於需要在同等大小的區域提供相同覆蓋範圍的5G基礎設施,與現有4G LTE網絡的能源成本相比,可能會增加一倍。實際上華為曾估計,典型的5G基站需要約11.5KW的功率,這意味著比4G基站多70%,比2-3G多110%。看到他們的電費上漲,這是電信運營商最關心的問題。因此下一步就會考慮選擇是減少收發器和接收器的數量並縮小覆蓋範圍,或者使用GaN或SiC等高效電源系統來替代原有的元件。

六、結論

疫後,低碳加上法規的形成,促使新節能元件漸漸出頭。觀察2021~2022目前GaN在數據通信和電信電源應用市場的進展,預計,隨著法規變得更加嚴格,例如歐盟2023年「Lot 9」法規,GaN的滲透率將在中期有所提高。 這些法規將推動電力供應商尋找矽基系統的替代品。 在幾千瓦的功率水平上,估計離散式GaN元件將在該市場中占據主導地位。在數據中心採用48V系統以減少功耗和降低佈線體積為要求,將有利於低壓應用中的GaN。2021年GaN數據通信和電信電源市場價值為2,670萬美元,預計到2030年保守估計市場規模將接近3億美元。

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更新日期:2020-04-28

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