拓展 GaN 版圖，GaN Systems 強攻 EV、資料中心市場

根據市調機構 Yole Group 預估，氮化鎵（GaN）功率元件的市場規模，將在 2027 年達到 20 億美元。而在 2021-2027 年間，整體 GaN 功率元件市場的複合年成長率（CAGR）為 59%，但同一期間，專攻資料中心跟電信設備電源應用的 GaN 功率元件將有更大成長幅度，達到 69%。另外，電動車也是帶動 GaN 功率元件市場成長的主要驅動力；在 2021-2027 年間，車用 GaN 功率元件的 CAGR 將達到 99%。

如此龐大的商機，也使得科技產業競相投入發展，其中，在 GaN 領域耕耘已久的 GaN Systems 更是積極布局，透過其兩大專利技術孤島技術（Island Technology）及 GaNPX 封裝系統（GaNPX Packaging Technology），進一步優化GaN 功率元件成本及尺寸，深化其在電動車、資料中心市場的競爭優勢。

資料中心成吃電怪獸，降低能耗迫在眉睫

隨著 AI、IoT、5G 技術普及，資料量呈指數型成長，資料中心需要更強大的運算能力，而這也讓資料中心變成「吃電怪獸」，減少能耗也成為資料中心營運商普遍的挑戰。

GaN Systems 台灣副總經理莊淵棋表示，一般規模資料中心用電量大約是一棟辦公大樓用電量的 100 倍，大型資料中心的用電量甚至可以等同於一座城市。其中，伺服器運作及冷卻系統的用電，占資料中心營運成本的 40%，而有 20% 能源耗損來自於電力傳輸及轉換時產生的熱能。

那麼，究竟該如何有效降低資料中心能耗？GaN 又為何成為其中的關鍵元件？

對此，莊淵棋解釋，在機櫃空間不變但運算能力需提升的前提下，縮減電源供應器的尺寸同時提升功率密度便成解方。而 GaN 材料在能隙寬度、臨界電場、電子遷移率的表現上皆優於碳化矽（SiC）或矽（Si），同時在切換損失（Switching loss）上有較好表現。換言之，GaN 功率元件的高開關頻率能有效提高電源供應器功率密度，減少磁性零組件需求，進而縮減尺寸。

▲ GaN 可有效幫助資料中心降低能耗及 OPEX 和 CAPEX。（Source：Freepik）

舉例來說，高功率密度且小尺寸的 GaN 電源供應器，能提升伺服器密度，從原本 30 個伺服器搭配 10 個電源供應器的機櫃配置，改進至 34 個伺服器搭配 6 個電源供應器的配置。如此一來，不僅幫助資料中心減少營業費用（OPEX）和資本支出（CAPEX），同時也能延遲建置更多大型資料中心的投資。

總之，隨著各國資料中心能耗效率的法規將陸續於 2023 年生效，例如 EU Eco Design Lot 9 要求能耗效率由 94% 提升至 96%、中國《物聯網新型基礎設施建設三年行動計畫》限制新建資料中心能源運用效率（PUE）需低於 1.3 等，資料中心走向高運算、低能耗的趨勢已成定局，對 GaN 的需求也明顯上揚。

為此，GaN Systems 也攜手合作夥伴推出相關解決方案。像是與 xFusion 超聚變聯手打造功率密度達 100W/in3 的資料中心電源供應器，效率達到80 Plus 鈦金等級（96%）；又或是與 Intel 供應商 SoluM 合作推出最高輸出功率達 2,700W、效率達到 80 Plus 鈦金等級（巔峰效率近 99%）電源供應器等，以降低系統成本。

可實現更高續航力，電動車將成 GaN 下個主戰場

除了資料中心外，電動車也是 GaN 主要成長動能，因為 GaN 可以在更高頻率下以更高的效率運行，且切換功率損耗低，將能實現更小、轉換效率更高且成本更低的電力系統，能幫助電動車達到更好的充電性能及更久的續航力。同時，GaN 功率元件升溫幅度也較 IGBT 平緩，能減少降溫系統體積，更能減少故障率、延長壽命。

莊淵棋舉例，以一台 2,200kg、電池容量 75kWh、逆變器最大功率 200kW、400V 電力系統的電動車來看，在 WLTC Class 3 駕駛循環行車形態下，GaN 功率元件逆變器能提升 6% 行駛距離。

莊淵棋認為，電動車將會是 GaN 下一個主戰場，特別是在車載充電器（OBC）、400V-12V 或 48V-12V DC/DC 電源轉換器、牽引逆變器等應用中，將有望加速導入 GaN 元件。目前 GaN 在 400V 電力系統中的應用比重已逐漸提升，而在 800V 電力系統的應用也將進入驗證階段。

看好電動車前景，GaN Systems 也積極布局，目前已與 BMW、Vitesco, Sparx/Toyota、USI 環旭電子等策略合作，加速車用氮化鎵元件的發展；同時旗下方案也獲電動車新創公司 Canoo 採用，Canoo的客戶包含 Walmart 及美國陸軍等。

綜上所述，資料中心和電動車將是 GaN Systems 未來兩大成長動能；另外，隨著 GaN 在手機、平板、筆電等大功率充電器的應用發展成熟，GaN Systems 也將觸角延伸至消費性電子產品市場，相關解決方案已獲三星（Samsung）、戴爾（Dell）、雷蛇（Razer）等品牌採用。

不僅如此，由於氮化鎵功率元件也能使音訊系統表現更完美的音質同時兼顧外觀輕巧造型與設計感，因此高階音響也成為 GaN Systems 目標市場之一；GaN Systems 也將於今年 CES 展會中發表與高階音響品牌 Mark Levinson 旗下 Daniel Hertz 合作開發的 Wi-Fi 喇叭。

莊淵棋強調，2022 年是 GaN Systems 倍數成長的一年，不僅渥太華總部營運規模成長 3 倍，台灣辦公室規模也較 2015 年初成立時擴大了10 倍以上；且台灣不僅是 GaN Systems 亞洲營運總部，更設有一個先進研究設計中心，為不同應用市場客戶提供系統級解決方案。未來 GaN Systems 會持續與透過與客戶密切合作，針對不同應用市場提供 turnkey 參考設計，縮短設計週期，掌握上市時機。

（首圖來源：shutterstock）