人工智能计算性能的迅猛提升正迫使数据中心电源架构进行根本性重构，氮化镓（GaN）技术由此成为满足行业日益严苛的能效与功率密度需求的关键方案。
在近期举办的EE Power Asia 2026 Spark会议中，高效电源转换公司（EPC）首席执行官Alex Lidow与DC/DC市场及系统工程副总裁Jason Zhang指出，随着GPU功耗持续攀升，传统硅基功率器件已逼近其实际性能极限。
Zhang表示，AI加速器在三代GPU迭代中功耗增长达四倍；未来两年内，单颗GPU运行时功耗预计高达5 kW，核心电压低于1 V，所需电流接近10,000 A。当一座数据中心部署数百甚至数千颗GPU时，整体功耗将攀升至吉瓦级规模。
为满足上述需求，电源系统需经历多级转换：从480 V三相交流电转换为800 V直流母线，再经中间电压（如12 V或6 V）最终降至GPU核心电压。每一级转换均须在极小电路板空间内实现超高电流输出并最大限度降低损耗。
www.eic.net.cn 易IC库存管理软件 在此背景下，AI基础设施转型也改变了超大规模服务器内部的供电方式。Lidow介绍，传统将交流电直接引入机柜的架构正被集中式侧装电源系统取代——后者向各机柜输送800 V直流母线，电源转换则直接在服务器主板上完成，既省去了笨重的电源抽屉，又减少了配电损耗。
“机柜如今接收的是800 V直流电，而非交流电，需将其逐步降至0.7 V、0.6 V甚至0.5 V以供给GPU。”Lidow解释道。尽管提高配电电压可降低输入电流，但最终转换阶段仍需为现代AI处理器提供数千安培电流，这对电源转换器的效率与电流密度提出了极高要求。
Lidow强调，服务器主板空间堪称“全球最昂贵的地产”，因此功率密度与效率同等重要。更高开关频率可缩小磁性元件体积，使更多电源电路得以集成于AI处理器周边有限空间内。
硅基器件逼近性能天花板
两位专家均指出，硅MOSFET技术在下一代AI系统中已基本触及性能极限。Zhang提到，尽管硅器件多年持续改进，但其导通电阻已趋近理论极限，进一步提升愈发困难，而AI功耗需求却仍在加速增长。“每代仅提升约20%，远远不够，无法跟上功耗需求的爆发式增长。”
相较之下，GaN器件性能持续快速进步。EPC第七代平台在高压与低压产品线上均实现了更低导通电阻与栅极电荷——其中低压产品覆盖18 V至40 V范围，专为AI服务器内多级转换场景而设计。更低的栅极电荷支持更高开关频率，从而减小无源器件尺寸，提升整体功率密度。
Zhang补充称，EPC第七代器件在同步降压转换器中可高效工作于约3 MHz开关频率，约为同类硅器件典型频率的三倍。公司路线图更计划将开关频率推进至10 MHz，以支撑未来需10,000 A电流的AI处理器实现约5 A/mm²的电流密度。
GaN全面渗透服务器电源链路
Lidow预测，GaN将在未来AI服务器几乎所有电源转换环节中得到应用。目前，GaN已广泛用于48 V输入级；随着AI架构转向800 V配电与更低中间电压，GaN正被纳入800 V输入转换器、中间母线转换器及负载点稳压器等更多环节。
“GaN已遍布整块服务器板卡，而硅器件再也无法满足这些需求。”Lidow表示。他进一步解释，低电压转换阶段因电流随电压下降而大幅上升，需占用更多半导体面积，因此GaN在越靠近GPU的转换环节中应用增速越快。“这几乎像一股GaN浪潮正席卷整块服务器板卡。”
产能与可靠性挑战已显著缓解
关于GaN大规模部署的产能顾虑，Zhang认为该问题已不再构成限制。与碳化硅（SiC）不同，GaN器件基于硅衬底制造，主要采用常规硅工艺设备，辅以外延生长步骤；EPC亦依托多家生态伙伴协同完成晶圆制造、测试、封装与物流。
“GaN的一大优势在于其产能无瓶颈。”Zhang强调。可靠性方面，历经近二十年发展已有显著提升。EPC不再仅依赖传统硅器件认证方法，而是针对目标应用场景评估GaN器件，识别固有失效机制，并通过优化器件设计与制造工艺予以消除。
“现场可靠性差异的主要变量，其实取决于器件如何使用及客户侧设计。”Zhang指出，热界面材料、PCB安装方式与散热器装配等外部因素，如今比器件本征可靠性更具影响。Lidow补充称，EPC的GaN器件已在AI数据中心板卡上稳定运行八年，可靠性表现极为优异。
除提升GPU供电效率外，两位高管还强调，GaN对降低数据中心整体运营成本具有日益重要的作用。Zhang指出，超大规模运营商如今更关注整座设施的综合能效，而非仅处理器性能。即使转换效率仅小幅提升，也能在吉瓦级AI设施中显著减少电力消耗、冷却需求与水资源使用。
“GaN可轻松将从交流输入到核心供电的整体效率提升5%。”Zhang表示，“这5%在运营成本层面意义重大。”他还预期，随着AI基础设施扩张，环境因素——尤其在电力消耗、用水量与社区影响受监管加强的地区——将愈发关键。
未来展望
Lidow展望称，AI电源架构将持续向更高配电电压与更低中间母线电压演进。尽管800 V配电正成为行业基准，未来GPU世代或需1,200 V、1,500 V乃至2,000 V主母线，配合多电平变换器拓扑；中间母线则有望从12 V逐步过渡至6 V，最终由GaN直接转换为亚1 V的GPU核心供电。
在EPC内部，研发重心正从分立晶体管转向日益集成化的GaN电源集成电路（IC）。Lidow坦言：“我认为GaN分立器件的潜力已被充分挖掘。未来所有开发都将聚焦于IC。”他相信，随着开关速度持续提升，集成化将成为必然趋势——分布式栅极驱动、单片电源级及更高阶功能，均难以仅靠分立器件实现。
最后，Lidow总结道，随着算力需求不断增长，GaN在AI服务器中的角色将持续扩大。“显然，在服务器领域，GaN将主导整块板卡。”他说，“我相信，板卡上的每一个电源接口都将采用GaN。”
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