인피니언-엔비디아, 800VDC AI 데이터센터용 GaN 전력 변환 시스템 협력 확대

고전압 중간 버스 컨버터(HV IBC)에 질화갈륨 기술 전격 도입… 메가와트급 랙의 전력 밀도와 냉각 한계 돌파

인공지능(AI, Artificial Intelligence) 가속 연산의 폭발적인 증가로 데이터센터의 전력 소모가 급격히 늘고 있다. 이에 따라 글로벌 전력 반도체 기업 인피니언 테크놀로지스(Infineon Technologies)가 엔비디아(NVIDIA)와 손을 잡고 800V 직류(VDC) 기반 AI 데이터센터 전력 아키텍처 협력을 확대한다. 양사는 유지보수와 무중단 교체(Hot-swap)가 가능한 800VDC 서버 랙을 구현하기 위해 차세대 질화갈륨(GaN, Gallium Nitride) 전력 변환 기술을 전격 도입한다.

전력 분배 손실 줄이는 800VDC 구조와 중간 버스 컨버터(IBC)의 역할

기존 데이터센터는 교류(AC) 전원이나 저전압 직류 전원을 주로 사용했다. 하지만 최신 그래픽 처리 장치(GPU)가 대규모로 집적된 AI 서버 랙은 소모 전력이 메가와트(MW) 단위로 치솟고 있다. 전압이 낮으면 동일한 전력을 보낼 때 흐르는 전류가 커진다. 전류가 커지면 전선과 기판에서 발생하는 열 손실($I^2R$)이 급증한다. 전송 전압을 800VDC로 높이면 전류를 획기적으로 줄일 수 있어 전력 분배 손실을 최소화할 수 있다.

이러한 800VDC 전력은 AI 프로세서가 직접 사용할 수 없다. 반도체 코어는 1V 이하의 극히 낮고 정밀한 전압을 요구하기 때문이다. 여기서 핵심 역할을 수행하는 부품이 고전압 중간 버스 컨버터(HV IBC, High-Voltage Intermediate Bus Converter)이다. IBC는 메인 라인의 800V 전압을 50V, 12V, 6V와 같은 중간 전압으로 1차 강압한다. 이후 부하점(PoL, Point-of-Load) 컨버터가 최종적으로 프로세서 코어에 필요한 전압을 공급한다. 이러한 다단계 전력 변환 방식은 회로 기판의 면적을 절약하고 발열을 분산시킨다.

고주파 스위칭 GaN 반도체로 전력 밀도와 냉각 효율 극대화

인피니언의 질화갈륨(GaN) 기술은 IBC 단계의 전력 밀도를 비약적으로 높이는 핵심 동력이다. 전통적인 실리콘(Si) 반도체는 스위칭 속도를 높이면 전력 손실과 발열이 급증한다. 반면 GaN은 전자 이동 속도가 매우 빠르고 밴드갭이 넓은 차세대 화합물 반도체이다. 스위칭 손실이 적어 최대 1MHz 수준의 초고주파 동작을 구현할 수 있다.

스위칭 주파수가 높아지면 인덕터, 트랜스포머 같은 자기(Magnetic) 소자와 수동 부품의 물리적 크기를 대폭 줄일 수 있다. 그 결과 전원 모듈의 부피와 높이가 얇아져 고밀도 AI 서버 랙 내부의 공기 흐름이 개선되고 냉각 효율이 향상된다.

인피니언은 GaN 전력 반도체와 함께 PSoC™ Control C3 마이크로컨트롤러, 아이스드라이버(EiceDRIVER™) 게이트 드라이버를 결합하여 완전한 시스템 솔루션을 제공한다. 이를 통해 전력망(Grid) 인입단부터 프로세서 코어(Core)에 이르는 전력 공급 체인 전반의 에너지 효율을 극대화한다.