数据中心的专业人员越来越多地选择氮化镓(GaN)晶体管而不是传统的硅。关键原因之一是这些元件从根本上改变了能源管理。尽管数据中心已成为当今高度数字化社会的重要组成部分，但它们因使用大量能源而声名狼藉。这一现实与做出更可持续的选择以保护地球未来的努力相冲突。
然而，有证据表明，GaN晶体管可以满足现代和未来数据中心的需求，同时让能源使用得到进步。GaN晶体管也在其他地方带来了类似的收益。将它们放入电动汽车中可以实现更小、更高效的功率电子器件，从而实现更快的充电能力。电信专业人士还使用GaN晶体管来改善5G基础设施的同步数据传输。
因此，数据中心决策者并不是唯一选择这些元件的人。但是，某些优势使它们特别适合数据中心的要求。
许多立法者和类似机构已经通过了对数据中心设备的要求，使其功能更具可持续性。例如，自2019年起生效的欧盟生态设计指令，为电源装置和活动服务器制定了最低能效要求。美国的联邦机构必须使用带有能源之星标章的服务器。
与传统晶体管相比，GaN晶体管具有许多节能优势。这并不意味着他们都符合上述和其他规定。然而，很有可能很多都能满足。当人们探索符合最新监管要求的最佳方式时，他们通常认识到需要对新技术持开放态度——包括GaN晶体管。
一些GaN元件提供超过94%的电源效率——与硅基元件相比有了显着改进。这一统计数字足以让决策者考虑使用氮化镓晶体管为其服务器供电。这样做可以让他们符合规定，同时让他们提高利润。
人们也可以考虑在好处变得明显后逐渐转向GaN晶体管。他们可以购买其中的一个或几个元件，然后仔细测量它们与传统晶体管的性能。这种方法可以让用户对进行与数据中心相关的更改更有信心。此外，如有必要，他们可以使用该数据来获得高管对新新选择的支持。
保持数据中心的盈利能力需要供应商保证为客户提供高的正常运行时间率。许多人使用数据中心资源运行关键任务系统、应用程序和网站。如果数据中心的代表不能向他们保证一切都会顺利进行，他们就会将业务转移到别处。
然而，GaN晶体管通过使数据中心保持凉爽，在正常运行时间中发挥着重要作用。由于硅选项的效率相对较低，因此它们需要高科技的冷却技术来保持设备在安全的工作温度下运行。
许多数据中心通常会释放出过多的热量作为能量。人们已经研究了使用它的环保方式，例如依靠热量为附近的城市供电。亚马逊是以这种方式使用数据中心热量的知名品牌之一。然而，理想的解决方案是首先让数据中心产生更少的热量。GaN晶体管支持这一目标。
除了使数据中心更具可持续性之外，更少的热量产生还降低了这些设施发生运行故障的风险。统计数据表明，数据中心的平均停运成本每分钟超过7900美元。这些事件没有单一的原因。有些是因为电池坏了，有些是因为设备维护不善。完全超出数据中心运营商控制范围的事件(例如自然灾害)也可能导致停电。
然而，当元件变得过热时，过高的温度通常会缩短它们的使用寿命。人们仍然需要在其他方面保持维护。将硅晶体管换成GaN晶体管是一种主动措施，可以让数据中心在没有可预防问题的情况下正常运行。
数据中心是能源密集型设施。知情人士还认为，数据中心将拥有越来越多的数据，因为个人和企业会进行许多活动来产生这些数据。决策者仍然敏锐地意识到，当数据中心需要如此多的能源来运行时，要保持其盈利性是个挑战。一种选项是探索节能选择，同时增加功率密度。GaN晶体管可以实现这两个目标。
一项调查发现，为10个数据中心机架使用GaN元件将为设施带来300万美元的利润。GaN晶体管大大提高了数据中心的功率密度，使设施能够从设备中获得更好的性能。
此外，GaN元件可以让使用的电源单元比硅制成的电源单元小三倍。然后，设计人员可以为每台服务器配备更多的电力供应和内存。这是值得注意的，因为许多应用(例如使用机器学习的应用)需要越来越强大的计算能力。当数据中心运营商能够证明他们拥有吸引高需求客户的设备时，将更容易保持稳定的盈利能力并证明他们是面向未来的。
考虑一下一个带有硅元件的30台服务器、10个电源单元机架的示例。用GaN晶体管对其进行升级可以将其变成一个包含34个服务器、6个电源单元的机架。许多最新的数据中心比十年前建造的数据中心要大得多。然而，通过迁入更大的设施来追求盈利性改进并不总是立即可行的。
建立新的数据中心需要时间和大量劳动力。这些要求包括找到合适的地点，并获得开始建设的适当许可。当使用新的、更大的数据中心不是保持盈利能力的选择时，改用GaN元件可能是一个实用的中短期解决方案。
当今的数据中心经理必须不断寻找切实可行的方法，使他们的设施更具竞争力和环保性。没有单一的方法可以做到这一点并保证成功。然而，正如这些例子所示，人们有充分的理由探索与GaN晶体管相关的可能性。
随着研究人员在这一领域做更多的工作，其他好处也将变得明显。例如，在2022年，北卡罗来纳州立大学的一个团队控制了氮化镓的掺杂，以创建新的高功率电子器件。实验表明，该技术减少了电力电子设备中的能量损失，同时允许创建更紧凑的电源转换系统。尽管研究人员的关注点超出了数据中心，但很容易看出与GaN相关的改进如何也能对它们产生积极影响。
(原文刊登于EDN姊妹网站Power Electronics News，参考链接：Why are more data centers relying on GaN transistors for server power?，由Ricardo Xie编译。)
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