人工智能工作（AI）負載的快速增長，將顯著推升數據中心的容量需求、能源消耗，并加劇碳排放問題。2020年至2022年期間，全球數據中心的總能源使用量估計在每年200TWh至450TWh（各研究在方法論和專業術語上的顯著差異，估算得出，數據中心消耗的電量在全球總電量消耗中的占比大約在1%至4%）之間。以300TWh作為數據中心年均耗電量的中位數，UptimeIntelligence分析顯示，預計2024年第一季度生成式AI年化能源約占數據中心電網總用電量的2.3%。然而，到2025年第一季度，這一比例可能會達到7.3%。

數據中心 來源：微軟

數據中心是“無煙囪”的電老虎，是公認的高耗能行業，一座大型數據中心的年耗電量大致相當于近80,000個家庭一年的用電量。電力是數據中心運營商最大的持續支出，占企業的數據中心總支出約46%，占服務提供商的數據中心總支出約60%，由此可見將能耗打下來到底有多重要了。

PUE（PowerUsageEffectiveness，電源使用效率）是評估數據中心能源效率的關鍵指標，它表示數據中心總能耗與IT設備能耗的比值，可反映用戶總輸入電能中到底有多少電能真正被饋送到IT設備上。

PUE值越接近于1，表示一個數據中心的綠色化程度越高。未來總體趨勢是新建數據中心PUE會被要求限制在1.3以下，改造的存量數據中心PUE要求的1.4附近。

典型的數據中心能耗分配大致遵循以下比例，這些數字提供了一個行業概覽，但實際比例可能因具體的數據中心設計、技術使用和運營效率而有所不同。

在這些組成部分中，IT設備和冷卻系統通常是能耗的大頭。隨著綠色數據中心概念的普及和技術革新，諸如液冷技術、高密度服務器布局、AI輔助的能源管理，乃至使用氮化鎵（GaN）技術提升電源轉換效率的方法正逐漸成為主流，助力數據中心行業朝著更可持續的方向發展。

千島湖數據中心，90%時間不需要電制冷

盡管浸入式冷卻、人工智能驅動優化和廢熱利用等技術已經出現，但它們只能提供部分解決方案。典型的大型數據中心年消耗大約250兆瓦電力，伴隨著對實時數據洞察的無限需求，以及生成式人工智能 (AI) 的快速發展，尤其是AI訓練，對電力的需求增加迅猛，因此電源的轉換效率越發值得我們關注。

AI驅使的數據中心機架功率要求增加，每個電源的功率水平需要大幅提高，更大的功率需求，迫切需要結合高效率、緊湊外形和提供大量功率輸出的電源解決方案。

功率密度100W/ in3的數據中心電源

在數據中心電源系統的某些轉化階段中加入氮化鎵(GaN)技術是一大重要創新，可有效提升某些電源轉化階段的效率與功率密度。在數據中心的電源管理系統中，氮化鎵（GaN）技術主要貢獻以下幾項顯著優化：

①更高的能效

氮化鎵基晶體管（如GaN Systems產品）在電源管理中的高效率源于其低導通電阻和高開關速度。相比傳統的硅基晶體管，GaN晶體管能夠在更高的頻率下工作，這意味著它可以使用更小的磁性元件（如電感和變壓器），從而減少了電能損耗，提高了電源轉換效率。

②節省空間和重量

由于GaN技術能夠在更高的頻率下工作，并且其散熱要求更低，因此可以縮小電源設備的體積。這對于數據中心來說尤為重要，因為更緊湊的電源設備意味著更高的功率密度，從而提高了服務器機架的功率效率。

③更好的熱性能

GaN器件能在較高的工作溫度下正常運行，減少了對復雜冷卻系統的需求，可降低能耗并簡化設計。這對于需要密集堆疊服務器的數據中心尤為重要。

氮化鎵節能效果好處，在產業上已經有了許多實踐案例，例如GaN Systems Inc.及其合作伙伴已驗證，使用了氮化鎵技術的新電源在50%負載下的能效高達98%，比傳統硅基電源高出4%。僅此一項就可以將數據中心的總能耗降低10%。如果結合數據中心UPS電源和冷卻系統的電源更換，節能效果預計可達20%。

當下，氮化鎵（GaN）技術在消費電子領域，特別是快速充電器產品的成功商用，昭示了其成熟的市場地位與廣闊應用前景。與此同時，生成式AI的崛起加速了數據中心向更高層次演進的需求。GaN技術與生成式AI交匯碰撞，釋放出前所未有的市場能量，為塑造數據中心更高效、可持續和穩健的未來提供了激動人心的機會。

編輯：Alpha