“AI 시대 전력 혁신을 위해서는 전력 변환 구조 단계마다 효율을 높여 전체 손실을 줄이는 것이 급선무다”

인피니언 테크놀로지스(Infineon Technologies) 김용진 상무는 지난 9일 개최된 ‘2025 e4ds Tech Day’ 행사에서 ‘AI 데이터 센터의 에너지 효율적인 전력 관리 솔루션을 위한 인피니언의 차세대 전력 반도체’를 주제로 발표했다.

이날 김용진 상무는 AI 기술의 급속한 발전과 함께 데이터 센터의 전력 수요가 폭증하고 있다며 특히 GPU와 TPU 기반의 고성능 서버가 보편화되면서, 2030년에는 단일 칩셋당 최대 2kW의 전력이 요구될 것으로 전망했다.

이에 따라 글로벌 데이터 센터가 전체 전력 소비의 7% 이상을 차지할 것으로 예상되며, 효율적인 전력 관리가 산업의 핵심 과제로 떠오르고 있다고 전했다.

김용진 상무는 데이터 센터의 에너지 효율을 극대화하기 위해서는 “단계별 전력 변환 과정에서 손실을 최소화하는 것이 핵심”이라며, 전력 변환 구조를 AC→DC PSU, 48V 중간버스(IBC), 그리고 12V→1V 멀티페이저 등으로 구분하고 각 단계의 효율 개선 필요성을 설명했다. 

현재 예시 효율들을 바탕으로 전체 시스템 효율을 90% 이상으로 끌어올리려면 PSU와 IBC는 각각 98% 이상, 12V→1V 변환은 94% 수준의 성능이 요구된다고 제시했다.

이를 위해 실리콘카바이드(SiC)와 갈륨나이트라이드(GaN) 같은 와이드밴드갭 소자를 핵심으로 내세웠다.

김용진 상무는 “인피니언은 실리콘(Si), 실리콘 카바이드(SiC), 갈륨 나이트라이드(GaN) 기반의 전력 반도체를 통해 다양한 전압대와 어플리케이션에 대응하고 있다”며 “특히 SiC는 고전압·고효율이 필요한 서버 PSU에 적합하며, GaN은 고주파·소형화가 필요한 DC/DC 컨버터에 강점을 가진다”고 전했다.

SiC는 토템폴 PFC나 하드 스위칭 전력변환에서 유리하며 고전압(650V 이상) 계열에서 강점을 보인다.

김용진 상무는 400V급 SiC 제품을 추가해 멀티레벨 토폴로지에 적용함으로써 RDS(on)과 스위칭 손실을 동시에 줄이는 설계를 제안했다.

GaN은 리버스 리커버리 손실이 거의 없어 스위칭 주파수를 높여 패시브 부품 크기와 시스템 면적을 줄이는 데 유리하다.

김용진 상무는 IBC 같은 보드 레벨 솔루션에서는 GaN 사용 시 PCB 면적을 약 30% 줄일 수 있다고 밝혔다.

토폴로지 측면에서는 2레벨 인터리브드 PFC 대비 3레벨 플라잉캐패시터 토폴로지 도입 시 중간 부하에서 약 0.2∼0.3%p의 효율 향상을 확인했으며, 데이터센터 전체 용량을 고려하면 미세한 수치도 의미 있는 전력 절감으로 이어진다고 설명했다.

또한 인피니언은 QDPAK 및 DDPAK 등 패키지 기술로 열저항을 낮추고 SOA와 드레인 전류 성능을 개선해 소자 신뢰도와 방열 성능을 확보하고 있다고 전했다.

이와 함께 반도체만이 아니라 드라이버, 컨트롤러, 통합 전력스테이지(SPS)와 같은 보드·모듈 단위 솔루션까지 제공해 AI GPU·TPU 근접에 수직형 파워모듈을 배치함으로써 전원 전달 경로 저항을 최소화하고 전력밀도와 신뢰성을 동시에 끌어올리는 전략을 제시했다.
 

더불어 UPS와 배터리 백업 체계의 변화도 함께 짚었다.

전력 용량 증대로 기존 UPS 대신 배터리 기반으로 BBU(Battery Backup Unit)를 구성하는 사례가 늘고 있으며, 짧은 전원 유지 시간 동안 고출력을 안정적으로 공급하기 위한 토폴로지 개선이 필요하다고 설명했다.

마지막으로 김 상무는 데이터 센터 전력효율 향상이 단순히 소비전력 절감뿐 아니라 냉각 부하와 CO2 배출 저감으로 이어지는 만큼, 인피니언의 와이드밴드갭 소자·패키지·시스템 솔루션이 탈탄소 목표 달성에도 기여할 수 있다고 강조했다.

인피니언은 300㎜ 실리콘 공정과 200㎜ SiC 웨이퍼 생산, GaN 개발을 병행하며 멀티 소스·멀티 패키지 전략으로 고객 요구에 대응하겠다는 계획을 밝혔다.

김용진 상무는 “인피니언은 단순한 반도체 공급을 넘어, 효율·신뢰성·관리 용이성을 갖춘 통합 솔루션을 제공하고 있다”며 “AI 데이터 센터의 전력 수요 증가에 대응하기 위해 지속적인 기술 혁신과 생태계 구축에 힘쓰고 있다”고 강조했다.

한편 전력 시스템의 혁신을 선도하는 인피니언의 주요 제품을 확인하려면 아래 ‘파워 및 센서 셀렉션 가이드 2025-2026’에서 확인 할 수 있다.