GaN：解決資料中心電源使用效率指標漏洞

用氮化鎵取代矽功率半導體來提升資料中心能效

當生成式 AI、物聯網及各種數位應用百花齊放下，大量的資料不斷在人類生活各層面中被產生、即時處理、分析、計算，市場對資料中心運算能力及效率的需求仍處急遽攀升的成長階段。現今資料中心的用電量約占全球用電量的百分之二，而一座超大規模  (hyperscale) 資料中心的電力需求更相當於 8 萬個家庭平均一年的用電量。

以矽為基礎的功率元件在過去 30 年來一直是數據中心電源主流的設計結構，但近年數據中心運營商正積極向氮化鎵 (GaN) 技術靠攏，以在成本、效率、及永續等面向獲益。GaN 功率元件不僅已插旗許多不同電源應用，更被視為是數據中心提升獲利、減少運營費用，並達到永續目標的重要技術。

原因是什麼?

PUE 指標漏洞：評估資料中心營運效率的盲點

以電源使用效率 (Power Usage Effectiveness, PUE) 作為衡量資料中心營運效率，是現今最常見的方法。密切監控並持續改善 PUE 對數據中心運營優化十分重要，降低 PUE 代表减少能源使用量，進而減少營運成本，且滿足永續淨零路徑下節能減碳的目標。

但是，PUE 的計算公式只計算了 IT 設備負載消耗的電力占資料中心的總耗電的比例，卻忽略了伺服器中 AC-DC 能源轉換間的功率耗損。這便是所謂的 PUE 漏洞，也是數據中心以 PUE 評估整體營運效率時會產生的盲點。

由於 PUE 不考慮 AC-DC 轉換效率，數據中心便忽略了提高 AC-DC 轉換器效率的重要性。

這個衡量的盲點造成目前伺服器中仍採用效率僅有 90% 的 AC-DC 轉換器，這代表了每次 AC-DC 能源轉換間，有 10% 的能源在轉換中被浪費了，這不但增加了電費成本及碳排放量，被浪費的能源同時以熱的方式排出，進而提升資料中心對額外冷卻系統的需求，冷卻系統也是另一個非常耗電的設備。

GaN 將大幅減少轉換間的能源耗損

GaN 功率半導體將為這個挑戰帶來轉機。採用 GaN 功率元件的 AC-DC 轉換器，效率可達到 96%，甚至更高，所減少的 50% 功率耗損，以平均資料中心的用電量換算，相當於節省了 370 億千瓦小時的電量，足以供應 40 座超大規模資料中心一年的電力需求。

GaN 功率半導體為資料中心所帶來的優點不僅如此，GaN 還能使伺服器中 DC-DC 轉換器的功率耗損減少4 倍、功率密度提升 2 倍，縮小伺服器電源的體積，為資料中心提高每單位的運算能力。

另外，GaN 也能大幅優化不斷電系統 (Uninterruptible Power Supply, UPS) 的效率，並減少系統體積，在功率耗損方面降低 56%，與同體積大小採用矽功率元件的 UPS 相比，功率輸出可提高 2.3 倍。

展望未來

GaN 功率半導體為 IT 設備帶來效率及功率密度上的優化，使資料中心更能滿足下個世代對運算能力及可持續性的需求。PUE 仍然是一項評估數據中心效率的重要指標，結合電源使用效率與伺服器能源轉換效率，資料中心營運商將能更精確的衡量資料中心的營運效率，掌握獲利的動能。

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