Data Center Dynamics reports on gallium nitride (GaN) semiconductor adoption in data center power delivery systems.

"2026/27년이 GaN이 대량 생산으로 본격 진입하는 시기가 될 것으로 봅니다,"라고 반도체 공급업체 Onsemi의 GaN 부문 부사장 Antoine Jalabert가 말합니다. "Nvidia의 로드맵을 보면, 그 수준의 전력 밀도에 도달하는 다른 방법은 GaN을 사용하는 것뿐입니다."

Gallium Nitride, 즉 GaN은 주로 전자제품에 사용되는 부드러운 은색 금속인 갈륨과 질소로 구성된 광밴드갭 반도체 소재입니다. 전자가 더 빠르게 이동하기 때문에 전력 변환 중 실리콘이나 탄화규소 같은 소재보다 훨씬 적은 열을 방산합니다. "광밴드갭 소재는 손실이 적습니다. 즉, 켜졌다 꺼질 때 더 적은 열을 방산하므로 더 높은 주파수로 작동하게 할 수 있습니다,"라고 Jalabert가 설명합니다. "시스템이 더 높은 주파수에서, 특히 스위칭 전원 공급에서 작동하면 그 시스템은 더 소형화될 수 있습니다."

과학자들은 1930년대 초부터 GaN을 이해해왔지만, 최초의 GaN 기반 트랜지스터는 1990년대 중반이 되어서야 개발되었습니다. 오늘날 GaN 트랜지스터는 주로 휴대폰과 전기자동차 충전기에서 찾을 수 있습니다. 하지만 서버 전력 수요의 폭발적 증가가 이제 데이터 센터에서 채택을 주도하고 있으며, GaN은 실리콘에 비해 뛰어난 효율성, 내구성, 스위칭 속도를 제공합니다.

이러한 잘 알려진 장점에도 불구하고, 데이터 센터에서 GaN 채택은 놀랍도록 더뎠습니다. "세계는 약 10년에서 15년 전 이 기술 얘기를 시작한 이후 GaN이 서버 및 통신 분야로 진입할 것으로 기대해왔습니다,"라고 Jalabert는 말합니다. "왜냐하면 진정한 전력 밀도가 필요한 곳이 바로 그곳이기 때문입니다. 그리고 그렇게 되었나요? 아닙니다. 대신 누구도 보지 않던 곳에서 진출했습니다: 충전 어댑터입니다."

1999년 Motorola의 반도체 부품 그룹으로부터 스핀오프된 Onsemi는 2025년 10월 수직 GaN(vGaN) 반도체를 출시했습니다. 실리콘이나 사파이어 기판 위에 구축된 전통적인 수평 GaN과 달리, 수직 GaN은 기판 자체를 통해 전기를 수직으로 전도하는 3차원 구조를 사용합니다. 이 구조는 전류가 표면을 가로질러가 아니라 칩을 통해 흐르게 하여, 장치의 물리적 공간을 늘리지 않으면서도 더 높은 전압 용량을 가능하게 합니다.

Onsemi의 "GaN-on-GaN" 설계는 뉴욕 Syracuse의 회사 제조 공장에서 생산되고 있지만, 대량 생산은 여전히 약 1년 남아 있습니다. 이 기술은 1,200볼트 이상을 처리할 수 있으며 AI 데이터 센터의 800V DC-DC 컨버터에 전력 밀도를 높이기 위해 설계되었습니다. 2025년 12월, Onsemi는 현재 상업적으로 이용 가능한 상한인 650볼트부터 시작하는 수평 GaN 장치를 개발하기 위해 GlobalFoundries와 제휴했습니다.

데이터 센터 스택 내에서 GaN은 전체 서버나 모든 실리콘, 탄화규소 부품을 대체하지 않으며, 오히려 전원 공급 장치의 특정 트랜지스터 및 전자 부품을 대체합니다. "예를 들어 AI의 경우, GaN이 가치를 발휘하는 곳은 고전압 1차 측 중간 버스 컨버터라고 부르는 부분입니다,"라고 Jalabert가 설명합니다. Nvidia의 2027년 800볼트 직류 랙 시스템으로의 전환과 1MW 랙 이상을 지원하는 전력 아키텍처는 Jalabert가 설명하는 수요를 창출할 것입니다. GaN은 전원 공급 장치 내 1차 측 변환에서 중요한 역할을 하며, 입력 직류를 6V, 12V, 48V 라인으로 변환합니다. 40V 이하의 저전압 단계는 실리콘으로 비용 효율적이지만, Nvidia의 1MW 랙 목표 달성에는 GaN이 필수입니다.

또 다른 스타트업인 Vertical Semiconductor는 2024년 세계 최고의 GaN 연구소인 MIT의 Palacios Group 연구를 기반으로 MIT 스핀아웃으로 설립되었습니다. 2025년 10월, 회사는 100볼트에서 1.2킬로와트에 이르는 응용 분야의 수직 GaN 트랜지스터 개발을 지원하기 위해 1,100만 달러를 모금했습니다.

전력 전자 배경이 없지만 MIT MBA 프로그램을 통해 공동 설립자 Josh Perozek 및 Tomas Palacios와 연결된 공동 설립자 겸 CEO Cynthia Liao는 시장의 중대한 공백을 발견했습니다. "이런 과제를 더 깊이 파고들수록, 수직 GaN이 많은 문제를 동시에 해결하기에 유독 적합하다는 것을 더욱 깨닫게 되었습니다,"라고 그녀가 말합니다. MIT의 10년 연구는 vGaN의 뛰어난 성능을 입증했을 뿐만 아니라, 이 기술이 팹리스 모델을 사용하여 웨이퍼 규모로 제조될 수 있음을 보여주었습니다.

Vertical Semiconductor는 완전히 CMOS 호환 제조 방식으로 자신을 차별화합니다. 2025년 펀드레이징 이후, 스타트업은 표준 실리콘 CMOS 제조 방법을 사용하여 8인치 웨이퍼에서 생산을 시연했습니다. "우리는 CMOS 파브에서 실리콘 도구를 사용하여 이런 수직 GaN 장치를 만들었고, 최첨단 실리콘 도구도 아니어서, 이 기술이 매우 고성능일 뿐만 아니라 비용 효율적이고 확장 가능함을 입증했습니다,"라고 Liao가 설명합니다. "우리는 200mm인 모든 CMOS 도구로, 그리고 향후 300mm로 시장에 진출할 수 있으며, 다소 구형 200mm 도구를 활용해서 최첨단 기술을 만드는 것은 진정으로 확장할 수 있는 놀라운 방법입니다." Vertical은 제조성을 개선하는 설계 기능을 추가했으며, 초기 프로토타입도 성능 향상을 보여줍니다. 회사는 현재 상용 파운드리 파트너와 함께 생산을 확대하고 있습니다.

GaN의 상승 추세는 역풍에 직면해 있습니다. 갈륨은 순수한 형태로 자연적으로 발생하지 않습니다. 주로 알루미늄 및 아연 광석의 보크사이트 산업 처리 중 미량 부산물로 추출됩니다. 미국은 1987년 이후 갈륨을 국내에서 채굴하지 않았습니다. 중국이 2025년 11월부터 시작하는 12개월 기간 동안 미국에 대한 갈륨 수출 금지를 일시적으로 해제했지만, 현재 중국은 99...

[주: 원본 텍스트가 "계정: 99"에서 중간 문장으로 끝나는 것으로 보입니다. — 기사는 제공된 대로 불완전합니다.]