隨著生成式 AI 帶動算力需求飆升，運算機架的整體功耗急遽增加，驅使資料中心供電系統邁向全新變革。晶片龍頭輝達預計於 2027 年啟動 800 伏特直流電（800VDC）伺服器架構，帶動寬能隙材料氮化鎵（GaN）加速走入高壓電源供應核心。
超高功耗帶動供電革新 氮化鎵切入高壓電源轉換
生成式 AI 技術快速發展，推升超大型資料中心對電力的極限需求，單一運算機架的功率預計將超越 1 百萬瓦（MW）。在如此嚴苛的供電與散熱環境下，傳統矽（Si）基電源方案已逐漸無法滿足轉換效率與空間限制。為了因應這一挑戰，業界規劃自 2027 年起推動伺服器架構轉向 800VDC 高壓直流電系統。
在 800VDC 的電力架構下，電源供應單元（PSU）必須先將輸入的高壓直流電降壓至 48 伏特或 12 伏特的內部匯流排。功率半導體大廠安森美（Onsemi）指出，過去氮化鎵主要應用於消費性電子產品的快充裝置，但在 1MW 以上的高密度機架中，氮化鎵具備極高的電子移動速度與高頻耐壓特性，能顯著降低開關切換時的能量耗損，因此成為高壓一次側降壓模組的最佳選擇。
3D 垂直結構突破耐壓限制 晶片大廠加速布局
傳統氮化鎵元件採用水平平面結構，因為電流在晶片表面傳導，耐壓上限大多落在 650 伏特左右，難以直接應用於千伏特等級的運算環境。為了配合 800VDC 架構，技術演進正朝向「垂直氮化鎵（vGaN）」發展。這種 3D 結構允許電流以縱向方式穿透基板，在不增加晶片面積的前提下，將耐壓能力提升至 1,200 伏特以上，大幅滿足高壓轉換器的運作標準。
為搶占此波成長商機，安森美正全力研發垂直氮化鎵技術，預計在一年左右邁入量產，並同步結盟格羅方德（GlobalFoundries）生產 650 伏特水平元件。此外，源自麻省理工學院（MIT）的新創公司 Vertical Semiconductor 則採用無晶圓廠模式，利用現有的 8 吋矽晶 CMOS 設備製造垂直元件，藉此壓低生產成本。儘管原料高純度鎵的全球供應高度集中，加上磊晶（Epitaxy）製程門檻極高，晶片廠仍積極尋求特殊基板工程與自有製程，以降低供應鏈不確定性風險。
這代表什麼
對於整體科技產業與台灣供應鏈而言，這場電力架構的轉型意味著 AI 伺服器的競賽焦點已從「純晶片算力」擴展至「電源與散熱硬體設計」。以往資料中心主要倚重傳統電源轉換器，但在機架功耗達到百萬瓦等級後，電源供應單元的體積與發熱量成為瓶頸。導入氮化鎵與 800VDC 設計不僅能提升能源轉換效率，更能為機架騰出寶貴空間來放置更多運算晶片。
台灣在全球伺服器製造與電源供應器市場占有舉足輕重的地位，包括電源巨頭與伺服器代工大廠，都將面臨高壓直流電與第三代半導體的技術升級潮。對於相關企業來說，提前掌握高壓氮化鎵模組的設計與整合能力，將是在下一波 AI 基礎設施採購潮中維持競爭優勢的關鍵。
背景補充
氮化鎵屬於「第三代半導體」材料，又稱為寬能隙（Wide-bandgap）半導體。與第一代材料矽相比，寬能隙材料擁有更高的擊穿電場與導熱能力，可以在極高電壓與高頻切換下運作，同時維持極低的電力耗損。過去這類材料主要運用於無線通訊基地台、電動車以及消費型手機快充器中。
隨著人工智慧（AI）模型規模擴大，資料中心的晶片數量與電力消耗呈現指數型成長。過去機架採用較低電壓運作時，傳輸大電流會引發嚴重的發熱與電壓降（因為熱損耗與電流平方成正比）。因此，資料中心比照電動車產業的作法，提升系統傳輸電壓至 800 伏特，藉由「高電壓、低電流」的方式減少熱能產生，並促成氮化鎵加速導入伺服器供應鏈。
常見問題
什麼是氮化鎵（GaN），為什麼 AI 伺服器需要它？
氮化鎵屬於第三代寬能隙半導體材料，具備極高的開關頻率與低能量損耗特性，能大幅縮小電源供應模組體積並減少廢熱排放，是滿足超高功耗機架降壓與散熱需求的關鍵材料。
垂直氮化鎵（vGaN）與傳統氮化鎵有何不同？
傳統水平結構的氮化鎵耐壓大多限制在 650 伏特，而 3D 垂直結構使電流縱向穿透基板，能在不增加晶片面積的前提下將耐壓提升至 1,200 伏特以上，專為高壓轉換器設計。
800V 伺服器架構對台灣供應鏈有何影響？
台灣電源供應器與伺服器製造商將迎來高壓電氣設計與熱管理模組的技術升級需求，掌握高壓氮化鎵電源模組整合能力者，將在未來 AI 機房採購中取得先機。