美大學研發高效壓電混合晶片，使資料中心 GPU 供電效率達 96.2%

美國加州大學聖地牙哥分校（UC San Diego）工程團隊近日發表新晶片，提升資料中心供電 GPU 時的效率。團隊指出，資料中心耗電量持續攀升，如何更有效率將高電壓轉換成運算硬體所需的低電壓，已成為關鍵課題。論文刊登於《Nature Communications》期刊。

新晶片聚焦電子裝置常見的 DC-DC 降壓轉換器。資料中心通常是 48 伏特，但 GPU 一般只需 1~5 伏特，如何大幅降壓同時維持高效率，一直是電力管理的重要挑戰。傳統設計多依賴電感等磁性元件，團隊指出，這類方案已接近可提升效能的極限。

為尋找替代方案，團隊改採壓電共振器為核心元件，用機械振動儲存與傳遞能量。壓電式轉換器理論上體積更小、能量密度更高、效率更佳與較易量產等優勢，但早期版本大幅降壓時，往往難同時維持效率與足夠輸出能力。

研究員設計出混合式架構，將壓電共振器與小型商用電容以特定方式組合，讓電力能經多條路徑傳遞，降低損耗並減輕共振器負擔。原型晶片在實驗室測試成功將 48 伏特降至 4.8 伏特，峰值效率達 96.2%，輸出電流也比先前的壓電式設計提升約四倍，晶片尺寸僅略微增加。

團隊表示，新技術仍處於早期階段，尚不足以取代現有電力轉換方案。將來重點為材料、電路設計與封裝方式改進，因壓電共振器運作時會振動，無法用一般焊接固定至電路板，仍需開發新整合法。

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（首圖來源：David Baillot / UC San Diego Jacobs School of Engineering）