GaNがパワー マネージメントの変化を推進する3つの理由

常時接続が求められる多くのデータセンタでは、エネルギー効率と電力密度を向上させる半導体技術が鍵となっています。

GaNと呼ばれる窒化ガリウム技術は、ワイドバンドキャップ半導体と称されています。電力密度、エネルギー効率、スイッチング周波数の向上、熱管理の改善、小型化など、電源装置を必要とする、高電圧アプリケーションに使用されるケースが増加しています。これらのアプリケーションは、データ センターに加え、エアコン（HVAC) システム、通信用電源、ソーラー インバータ、ノートPCのバッテリ電源などで使用されています。

60 年以上にわたり、シリコンは半導体パワー マネージメント コンポーネントの基礎となっていました。交流（AC）から直流（DC）への変換、DC 電圧入力の変換を通じて、携帯電話から産業用ロボットまであらゆるニーズに対応してきました。しかし、部品が改良され、最適化が進む中で、シリコンは物理的な限界に直面しました。サイズを抑え、より多くの電力を供給するには高い周波数が必要ですが、現時点で、シリコンはその周波数で動作できません。

その結果、より多くの電力を小さなスペースで供給できるように、多くの回路設計者は、ここ 10 年間で GaN への切り替えを推進してきました。多くの設計者がこの技術の将来的な革新に期待を寄せる3つの理由を紹介します。

理由1：GaNの普及
シリコンに比べると、GaNは比較的新しい半導体の技術ですが、長年にわたり開発が続けられており、信頼性を確立してきました。TIのGaNチップは、4,000 万時間を超える信頼性テストを実施しています。そして、データ センターのように要求が厳しいアプリケーションでの有効性は明らかです。

理由2：GaNを使用したシステム レベルの設計でコストを削減
現在GaNは、チップ単体だとシリコンより高価ですが、システム全体のコスト改善、効率の向上、電力密度向上といったメリットは、初期投資を上回ります。たとえば、100MWのデータ センターでGaNベースのパワー マネージメント システムを使用した場合、わずか 0.8% の効率向上でも、10年間で最大700万ドルのエネルギー コストを節減につながります。これは、8万世帯ほどの小規模な都市の年間エネルギー消費量に相当します。

理由3：統合により、性能と使いやすさが向上
GaN FETは専用のゲート ドライバが必要であり、開発期間や設計工数が増えることになります。しかし、TIではゲートドライバをはじめ、いくつかの保護機能をチップに統合することで、GaNの設計を簡素化することができます。