【51CTO.com快譯】硝酸鎵最早出現(xiàn)在汽車制造商的研究清單中，硝酸鎵能夠?yàn)樽詣?dòng)駕駛汽車帶來(lái)更好的視野，并帶來(lái)更好的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)體驗(yàn)。后來(lái)人們發(fā)現(xiàn)它還可以極大地提高數(shù)據(jù)中心的能源效率。將功率轉(zhuǎn)換芯片中的硅這種半導(dǎo)體材料換成硝酸鎵，有望研制出極其小巧、極其節(jié)能的器件，而且開(kāi)關(guān)速度快得多。

　　從IT全球發(fā)展形勢(shì)來(lái)看，網(wǎng)絡(luò)需要配備GPU功能更強(qiáng)大的計(jì)算機(jī)。這些機(jī)器需要強(qiáng)大的功率，而放置它們的數(shù)據(jù)中心必須針對(duì)高功率密度而設(shè)計(jì)， 主機(jī)上的硝酸鎵功率轉(zhuǎn)換器有望大幅度提升能源效率，這意味著更強(qiáng)大的計(jì)算能力可以塞入到單個(gè)數(shù)據(jù)中心機(jī)柜中，從而讓這項(xiàng)技術(shù)吸引數(shù)據(jù)中心領(lǐng)域的一大批公司，從硬件供應(yīng)鏈上的廠商到超大規(guī)模云平臺(tái)運(yùn)營(yíng)商，不一而足。

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將功率轉(zhuǎn)換損耗減少一半

　　德州儀器是世界上***的半導(dǎo)體公司之一，其產(chǎn)品線經(jīng)理Steven Tom表示，如果使用硝酸鎵器件而不是硅，“可以將功率損耗減少一半。我們認(rèn)為，硝酸鎵完全有望改變游戲規(guī)則。我們對(duì)這項(xiàng)技術(shù)非?？春?它其實(shí)做到了硅技術(shù)做不到的事情。”。德州儀器即將針對(duì)數(shù)據(jù)中心市場(chǎng)推出的一款產(chǎn)品把兩個(gè)EPC GaN晶體管及其他部件合并成單塊功率轉(zhuǎn)換芯片。

　　總部位于加州埃爾塞貢多的Efficient Power Conversion(EPC)一向是功率轉(zhuǎn)換市場(chǎng)硝酸鎵芯片背后的一股主要力量。Alex Lidow是該公司的兩位創(chuàng)始人之一，他可能是硝酸鎵***、最狂熱的布道師?，F(xiàn)在他也主張用硝酸鎵晶體管淘汰那些硅MOSFET。

超大規(guī)模云公司涉足硝酸鎵

　　托管在大型數(shù)據(jù)中心中的大規(guī)模平臺(tái)的運(yùn)營(yíng)商――據(jù)Lidow聲稱這些公司包括Facebook、谷歌和甲骨文，一直在購(gòu)買硝酸鎵芯片，并探究這項(xiàng)技術(shù)，不過(guò)它們還沒(méi)有將該芯片大規(guī)模地做入到自己的服務(wù)器中。他表示，人工智能和云計(jì)算正使數(shù)據(jù)中心的功率密度成為這些公司關(guān)注的一個(gè)緊迫問(wèn)題，而基于硝酸鎵的功率轉(zhuǎn)換是一種潛在的解決辦法。

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基于硅的服務(wù)器功率轉(zhuǎn)換器件(左)與基于GaN的功率轉(zhuǎn)換器件(右)。較小器件上的藍(lán)色芯片是EPC的GaN晶體管。

　　角逐硝酸鎵領(lǐng)域的并非只有EPC和德州儀器這兩家。它們的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手包括Transphorm，總部位于加州戈利塔的這家硝酸鎵功率轉(zhuǎn)換芯片生產(chǎn)商已吸引了來(lái)自谷歌創(chuàng)投、凱鵬華盈和Byers等知名投資者數(shù)億美元的資金資入。另一個(gè)例子是Macom，總部位于馬薩諸塞州洛厄爾的這家半導(dǎo)體公司三年前收購(gòu)了Nitronex，后者是最早投產(chǎn)硅基GaN的公司之一。

“符合規(guī)范的波形”

　　半導(dǎo)體行業(yè)人士長(zhǎng)期來(lái)就知道，在硝酸鎵和硅之間，硝酸鎵是更好的半導(dǎo)體材料，因?yàn)橄跛徭壷性又g的化學(xué)鍵比硅中原子之間的化學(xué)鍵更強(qiáng)勁，所以可以使元件極其緊湊地挨在一起，又不失去對(duì)電子流的控制。

　　與硅相比，硝酸鎵為電源內(nèi)部的電波形減少了不需要的缺陷。Tom說(shuō)：“在電源中，關(guān)鍵是制作***的方波。”阻止那些***方波形成的是耗散：討厭的環(huán)形、過(guò)沖、下沖，所有這些能量都在板上循環(huán)。使用硝酸鎵芯片，“我們就能制作出符合規(guī)定的波形。”

　　改進(jìn)不僅僅歸功于把硅晶體管換成硝酸鎵晶體管，器件還需要完全重新設(shè)計(jì)。德州儀器的新器件減少了能量從進(jìn)入點(diǎn)到目的地之間需要經(jīng)歷的轉(zhuǎn)換步驟的數(shù)量。交流電輸入、隔離、中間總線轉(zhuǎn)換器和負(fù)載點(diǎn)轉(zhuǎn)換器等步驟(這每個(gè)步驟都會(huì)帶來(lái)一定的功率損耗)減少到兩個(gè)步驟：在每個(gè)負(fù)載點(diǎn)從48伏直流電轉(zhuǎn)換成12伏直流電，從12伏轉(zhuǎn)換成1伏。Tom解釋：“由于器件特性，你在這個(gè)轉(zhuǎn)換過(guò)程中可以獲得同樣或更好的性能。”

從甲殼蟲(chóng)到法拉利

　　硝酸鎵將顛覆年產(chǎn)值300億美元的功率轉(zhuǎn)換行業(yè)的很大一部分，對(duì)此Lidow毫不懷疑。 他說(shuō)：“就像太陽(yáng)必然升起一樣，硝酸鎵也必然會(huì)取代功率轉(zhuǎn)換系統(tǒng)中的硅。”然而，不太可能取代邏輯半導(dǎo)體(CPU和GPU)中的硅。“有這個(gè)可能，但不確定。”

　　他看到今天硝酸鎵的唯一缺點(diǎn)就是對(duì)它缺乏了解。“它在用戶群方面不如硅。”Lidow表示，之前根本沒(méi)有出現(xiàn)過(guò)在成本和性能方面比硅出色得多的材料，從一種材料換成另一種材料就好比從一輛舊的大眾甲殼蟲(chóng)換成法拉利，這個(gè)轉(zhuǎn)變難免會(huì)讓駕駛員面臨學(xué)習(xí)曲線。

　　原文標(biāo)題：GaN is Eyeing Silicon’s Data Center Lunch

　　作者：Yevgeniy Sverdlik

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