在數據流量呈指數級增長以及 5G 技術深度普及的當下，POE（以太網供電）交換機作為融合了數據傳輸與電力供應功能的關鍵設備，廣泛應用于企業網絡、5G 基站邊緣站點等場景，正面臨著巨大的性能挑戰。

傳統硅基器件在效率、散熱和體積方面的固有缺陷，嚴重制約了 POE 交換機的進一步發展。而GaN HEMT這一新興技術，憑借其獨特的材料特性，為 POE 交換機帶來了全新的發展契機。本文將深入探討 GaN HEMT 在 POE 交換機中的應用及其顯著優勢。

硅基 POE 交換機的困境

隨著網絡設備對電力需求的不斷增加，POE 交換機的功耗問題愈發凸顯。以工業級48口交換機為例，部分端口為90W（802.3bt），其余為30W，總功率可達 ?2000W。傳統硅基功率器件，如 Si MOSFET，在 POE 應用中暴露出諸多弊端。

表1：不同POE標準的功率對比

（一）效率低下

硅材料的電子遷移率較低，在高頻工作時，開關損耗較大。以常見的 POE 供電場景為例，硅基器件的能效通常難以突破 92%，這意味著大量的電能在轉換過程中被浪費，不僅增加了運營成本，還不符合當下綠色節能的發展理念。

表2：不同應用場景下的POE交換機功率

（二）散熱難題

在高功率 POE 交換機中，硅基器件在工作時會產生大量熱量。為保證設備的穩定運行，不得不配備復雜且昂貴的散熱系統，這不僅增加了設備的成本和體積，還可能出現散熱不足導致設備性能下降甚至故障的情況。

（三）體積受限

為滿足 POE 交換機多端口、高功率的供電需求，硅基器件往往需要采用堆疊設計，這使得交換機的體積不斷增大，在空間有限的安裝環境中，如企業弱電間、5G 小型基站等，部署難度顯著增加。

GaN HEMT：POE 交換機的理想之選

GaN HEMT 作為第三代半導體材料的杰出代表，其特性完美契合 POE 交換機的發展需求。

（一）超高電子遷移率

GaN 的電子遷移率是硅的 10 倍之多，這一特性使其能夠在更高頻率下工作，功率GaN器件最高可達2MHz 以上。在 POE 交換機的供電模塊中，更高的頻率意味著更小的模塊體積和更高效的電力轉換，這一優勢尤為明顯，能夠大大提高電力轉換效率，減少能源浪費。

（二）耐高溫及高壓

GaN HEMT 的擊穿電場強度是硅的 5 倍，工作溫度范圍可達 -55°C 至 +150°C 。以芯干線700V的GaN HEMT為例，擊穿電壓可達900V以上，在 POE 應用中，這意味著它可以承受更高的電壓，減少因電壓波動導致的設備損壞風險，同時在高溫環境下也能穩定運行，無需過于復雜的散熱措施。

PS：芯干線X3G6515A5/X3G6516B5/X3G6522A5/X3G6515B8等產品，均滿足POE交換機GaN HEMT功率器件的使用。

GaN HEMT 在 POE 交換機中的具體應用優勢

（一）電源模塊效率大幅提升

將 GaN HEMT 應用于 POE 交換機的電源模塊，如 220VAC 轉 48VDC 的轉換過程，可將轉換效率從傳統硅基器件的 92% 提升至 97%。以中等規模的企業級 POE 交換機為例，使用兩臺48口的POE交換機，每年可節省電量超過 1100 度，長期來看，能為企業節省可觀的電費支出。

（二）支持高功率POE++ 供電

隨著網絡設備對功率需求的增加，POE++（90W 以上）供電標準逐漸普及。GaN HEMT 憑借其高頻率特性，能夠輕松支持 POE++，為更多高功率設備，如高清攝像頭、大功率無線接入點等提供穩定電力，拓展了 POE 交換機的應用場景。

（三）助力交換機緊湊化設計

GaN HEMT 器件體積相比硅基器件縮小 70%，這使得 POE 交換機的 PCB 集成度大幅提升。更緊湊的設計不僅節省了安裝空間，還降低了設備重量，便于在各種復雜環境中部署，同時也符合設備小型化、輕量化的發展趨勢。

不同場景下的 POE 交換機應用

（一）企業級POE 交換機

企業網絡環境復雜，需要 POE 交換機支持靈活組網，如多分支互聯、VLAN 劃分等功能，同時對安全性要求極高，需集成防火墻、支持 MACsec、IPsec 等安全協議硬加速。此外，企業通常需要通過 POE 為大量的 AP、攝像頭、IP 電話等設備供電，對端口密度和供電功率有較高要求，并且希望設備易于維護、成本可控。

GaN HEMT 的高效供電能力為企業級 POE 交換機集成更多安全模塊提供了可能，增強了設備的安全性。其提升的電源模塊效率，不僅支持多端口高功率 POE++ 供電，還減少了設備發熱量，降低了散熱成本。同時，GaN 的高可靠性可降低設備故障率，減少運維成本，滿足企業對設備長期穩定運行的需求。

思科 Catalyst 9000X 系列采用 GaN 電源模塊后，厚度減少 40%，支持 90W 的 POE++ 高效供電，在滿足企業高密度端口供電需求的同時，實現了設備的輕薄化設計，提高了空間利用率，成為企業級 POE 交換機應用的成功范例。

（二）5G 基站與邊緣站點 POE 交換機

5G 基站和邊緣站點對 POE 交換機的要求獨特。一方面，需要支持毫米波頻段（24 - 100GHz）的高頻通信，并且具備強大的抗干擾能力；另一方面，由于安裝空間狹小，環境惡劣，要求設備小型化、耐高溫、耐濕度，同時要降低能耗，支持 PoE 等高效供電方案，以減輕運營商的運營成本壓力。

在射頻領域GaN HEMT 的高頻特性與毫米波通信天然適配，其耐高壓、抗輻射能力強，非常適合處理基站前傳和回傳的高頻信號。體積小、無需復雜散熱系統以及寬泛的工作溫度范圍，使其能夠輕松適應 5G 基站和邊緣站點的惡劣環境。在供電方面，GaN HEMT 的高效率 DC - DC 轉換可優化電源模塊，支持更高功率的 POE++，為基站周邊的攝像頭、IoT 設備等提供充足電力。

華為 “PowerStar 2.0” 方案搭載 GaN 器件，使基站能效提升 20%，有效降低了運營成本。隨著 5G 網絡的不斷擴展，GaN HEMT 在 5G 基站與邊緣站點 POE 交換機中的應用將越來越廣泛，成為推動 5G 網絡建設的關鍵技術之一。

臺灣星眾科技（Sera）搶占先機，率先推出 GaN HEMT POE 交換機，投入市場后，在大型數據中心等應用領域成功得以應用 。

GaN HEMT 在 POE 交換機領域的發展現狀與挑戰

目前，在中游設備商方面，華為、新華三已推出支持 GaN 的交換機原型，戴爾、Arista 2024 年量產 GaN 數據中心交換機，其中也包括 POE 功能的交換機產品。

表三：廠商布局與產品示例

盡管 GaN HEMT 在 POE 交換機領域前景廣闊，但仍面臨一些挑戰。

首先，成本問題是制約其大規模應用的重要因素，8 英寸 GaN 晶圓價格是硅的 4 倍。不過，隨著臺積電等廠商的產能擴張，成本正以年均 15% 的幅度下降。

其次，早期 GaN HEMT 產品存在動態電阻退化問題，影響了設備的可靠性。但新型 p - GaN 柵極技術的出現，使器件壽命突破 100 萬小時，大大提高了可靠性，其中芯干線的GaN HEMT產品，已通過工業級可靠性測試，確保了 GaN HEMT 在POE交換機供電應用場景中能穩定、高效地運行，并有多個規格供客戶選擇。

最后，設計生態方面還不夠完善，工具鏈、散熱方案等需要全行業協同發展。中國《十四五第三代半導體規劃》已將相關技術列為重點發展方向，有望推動 GaN HEMT 在 POE 交換機領域的進一步發展。

隨著技術持續革新和市場需求的動態演變，Wi-Fi 7正逐步走向普及，單AP功耗攀升至40W+，對商用交換機提出了支持802.3at/bt標準的明確要求。與此同時，綠色節能成為新的發展方向：

一方面，無風扇設計與低功率機型成為主流選擇，有效降低能耗；

另一方面，靜音散熱技術的應用，使得設備運行時更加安靜、穩定。

這些特性讓交換機能夠廣泛適用于零售、醫療、工廠、商場以及大戶型家庭等多元化場景，完美契合不同場景下的網絡部署與使用需求 。

GaN HEMT 的發展不僅是半導體技術的革新，更是 POE 交換機領域的一場革命。隨著成本的降低、可靠性的提高以及設計生態的完善，它有望徹底改變 POE 交換機的格局，為未來網絡的發展奠定堅實基礎。

關于芯干線

芯干線科技是一家由功率半導體資深海歸博士、電源行業市場精英和一群有創業夢想的年輕專業人士所創建寬禁帶功率器件原廠。2022年被評為規模以上企業，2023年國家級科技型中小企業、國家級高新技術企業，通過了ISO9001生產質量管理體系認證。在2024年通過了IATF16949汽車級零部件生產質量管理體系認證。

公司自成立以來，深耕于功率半導體Si MOS & IGBT、GaN HEMT、SiC MOS & SBD、IGBT 和 SiC Module等功率器件及模塊的研發和銷售。產品被廣泛應用于消費、光伏、儲能、汽車、Ai服務器、工業自動化等能源電力轉換與應用領域。

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