硝酸鎵最早出現在汽車制造商的研究清單中，硝酸鎵能夠為自動駕駛汽車帶來更好的視野，并帶來更好的增強現實體驗。后來人們發現它還可以極大地提高數據中心的能源效率。將功率轉換芯片中的硅這種半導體材料換成硝酸鎵，有望研制出極其小巧、極其節能的器件，而且開關速度快得多。

從IT全球發展形勢來看，網絡需要配備GPU功能更強大的計算機。這些機器需要強大的功率，而放置它們的數據中心必須針對高功率密度而設計， 主機上的硝酸鎵功率轉換器有望大幅度提升能源效率，這意味著更強大的計算能力可以塞入到單個數據中心機柜中，從而讓這項技術吸引數據中心領域的一大批公司，從硬件供應鏈上的廠商到超大規模云平臺運營商，不一而足。

　　將功率轉換損耗減少一半

德州儀器是世界上最大的半導體公司之一，其產品線經理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。我們認為，硝酸鎵完全有望改變游戲規則。我們對這項技術非常看好;它其實做到了硅技術做不到的事情。”。德州儀器即將針對數據中心市場推出的一款產品把兩個EPC GaN晶體管及其他部件合并成單塊功率轉換芯片。

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

超大規模云公司涉足硝酸鎵

托管在大型數據中心中的大規模平臺的運營商――據Lidow聲稱這些公司包括Facebook、谷歌和甲骨文，一直在購買硝酸鎵芯片，并探究這項技術，不過它們還沒有將該芯片大規模地做入到自己的服務器中。他表示，人工智能和云計算正使數據中心的功率密度成為這些公司關注的一個緊迫問題，而基于硝酸鎵的功率轉換是一種潛在的解決辦法。

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

角逐硝酸鎵領域的并非只有EPC和德州儀器這兩家。它們的競爭對手包括Transphorm，總部位于加州戈利塔的這家硝酸鎵功率轉換芯片生產商已吸引了來自谷歌創投、凱鵬華盈和Byers等知名投資者數億美元的資金資入。另一個例子是Macom，總部位于馬薩諸塞州洛厄爾的這家半導體公司三年前收購了Nitronex，后者是最早投產硅基GaN的公司之一。

“符合規范的波形”

半導體行業人士長期來就知道，在硝酸鎵和硅之間，硝酸鎵是更好的半導體材料，因為硝酸鎵中原子之間的化學鍵比硅中原子之間的化學鍵更強勁，所以可以使元件極其緊湊地挨在一起，又不失去對電子流的控制。

與硅相比，硝酸鎵為電源內部的電波形減少了不需要的缺陷。Tom說：“在電源中，關鍵是制作完美的方波。”阻止那些完美方波形成的是耗散：討厭的環形、過沖、下沖，所有這些能量都在板上循環。使用硝酸鎵芯片，“我們就能制作出符合規定的波形。”

改進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計。德州儀器的新器件減少了能量從進入點到目的地之間需要經歷的轉換步驟的數量。交流電輸入、隔離、中間總線轉換器和負載點轉換器等步驟(這每個步驟都會帶來一定的功率損耗)減少到兩個步驟：在每個負載點從48伏直流電轉換成12伏直流電，從12伏轉換成1伏。Tom解釋：“由于器件特性，你在這個轉換過程中可以獲得同樣或更好的性能。”

從甲殼蟲到法拉利

硝酸鎵將顛覆年產值300億美元的功率轉換行業的很大一部分，對此Lidow毫不懷疑。 他說：“就像太陽必然升起一樣，硝酸鎵也必然會取代功率轉換系統中的硅。”然而，不太可能取代邏輯半導體(CPU和GPU)中的硅。“有這個可能，但不確定。”

他看到今天硝酸鎵的唯一缺點就是對它缺乏了解。“它在用戶群方面不如硅。”Lidow表示，之前根本沒有出現過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換成法拉利，這個轉變難免會讓駕駛員面臨學習曲線。

原文標題：GaN is Eyeing Silicon’s Data Center Lunch