在数据流量呈指数级增长以及 5G 技术深度普及的当下，POE（以太网供电）交换机作为融合了数据传输与电力供应功能的关键设备，广泛应用于企业网络、5G 基站边缘站点等场景，正面临着巨大的性能挑战。

传统硅基器件在效率、散热和体积方面的固有缺陷，严重制约了 POE 交换机的进一步发展。而 GaN HEMT 这一新兴技术，凭借其独特的材料特性，为 POE 交换机带来了全新的发展契机。本文将深入探讨 GaN HEMT 在 POE 交换机中的应用及其显著优势。

随着网络设备对电力需求的不断增加，POE 交换机的功耗问题愈发凸显。以工业级48口交换机为例，部分端口为90W（802.3bt），其余为30W，总功率可达 ‌2000W。传统硅基功率器件，如 Si MOSFET，在 POE 应用中暴露出诸多弊端。

表1：不同POE标准的功率对比

（一）效率低下

硅材料的电子迁移率较低，在高频工作时，开关损耗较大。以常见的 POE 供电场景为例，硅基器件的能效通常难以突破 92%，这意味着大量的电能在转换过程中被浪费，不仅增加了运营成本，还不符合当下绿色节能的发展理念。

表2：不同应用场景下的POE交换机功率

（二）散热难题

在高功率 POE 交换机中，硅基器件在工作时会产生大量热量。为保证设备的稳定运行，不得不配备复杂且昂贵的散热系统，这不仅增加了设备的成本和体积，还可能出现散热不足导致设备性能下降甚至故障的情况。

（三）体积受限

为满足 POE 交换机多端口、高功率的供电需求，硅基器件往往需要采用堆叠设计，这使得交换机的体积不断增大，在空间有限的安装环境中，如企业弱电间、5G 小型基站等，部署难度显著增加。

GaN HEMT 作为第三代半导体材料的杰出代表，其特性完美契合 POE 交换机的发展需求。

（一）超高电子迁移率

GaN 的电子迁移率是硅的 10 倍之多，这一特性使其能够在更高频率下工作，功率GaN器件最高可达2MHz 以上。在 POE 交换机的供电模块中，更高的频率意味着更小的模块体积和更高效的电力转换，这一优势尤为明显，能够大大提高电力转换效率，减少能源浪费。

（二）耐高温及高压

GaN HEMT 的击穿电场强度是硅的 5 倍，工作温度范围可达 -55°C 至 +150°C 。以芯干线700V的GaN HEMT为例，击穿电压可达900V以上，在 POE 应用中，这意味着它可以承受更高的电压，减少因电压波动导致的设备损坏风险，同时在高温环境下也能稳定运行，无需过于复杂的散热措施。

PS：芯干线X3G6515A5/X3G6516B5/X3G6522A5/X3G6515B8等产品，均满足POE交换机GaN HEMT功率器件的使用。

 图1：芯干线GaN HEMT产品

（一）电源模块效率大幅提升

将 GaN HEMT 应用于 POE 交换机的电源模块，如 220VAC 转 48VDC 的转换过程，可将转换效率从传统硅基器件的 92% 提升至 97%。以中等规模的企业级 POE 交换机为例，使用两台48口的POE交换机，每年可节省电量超过 1100 度，长期来看，能为企业节省可观的电费支出。

（二）支持高功率 POE++ 供电

随着网络设备对功率需求的增加，POE++（90W 以上）供电标准逐渐普及。GaN HEMT 凭借其高频率特性，能够轻松支持 POE++，为更多高功率设备，如高清摄像头、大功率无线接入点等提供稳定电力，拓展了 POE 交换机的应用场景。

（三）助力交换机紧凑化设计

GaN HEMT 器件体积相比硅基器件缩小 70%，这使得 POE 交换机的 PCB 集成度大幅提升。更紧凑的设计不仅节省了安装空间，还降低了设备重量，便于在各种复杂环境中部署，同时也符合设备小型化、轻量化的发展趋势。

（一）企业级 POE 交换机

企业网络环境复杂，需要 POE 交换机支持灵活组网，如多分支互联、VLAN 划分等功能，同时对安全性要求极高，需集成防火墙、支持 MACsec、IPsec 等安全协议硬加速。此外，企业通常需要通过 POE 为大量的 AP、摄像头、IP 电话等设备供电，对端口密度和供电功率有较高要求，并且希望设备易于维护、成本可控。

GaN HEMT 的高效供电能力为企业级 POE 交换机集成更多安全模块提供了可能，增强了设备的安全性。其提升的电源模块效率，不仅支持多端口高功率 POE++ 供电，还减少了设备发热量，降低了散热成本。同时，GaN 的高可靠性可降低设备故障率，减少运维成本，满足企业对设备长期稳定运行的需求。

思科 Catalyst 9000X 系列采用 GaN 电源模块后，厚度减少 40%，支持 90W 的 POE++ 高效供电，在满足企业高密度端口供电需求的同时，实现了设备的轻薄化设计，提高了空间利用率，成为企业级 POE 交换机应用的成功范例。

（二）5G 基站与边缘站点 POE 交换机

5G 基站和边缘站点对 POE 交换机的要求独特。一方面，需要支持毫米波频段（24 - 100GHz）的高频通信，并且具备强大的抗干扰能力；另一方面，由于安装空间狭小，环境恶劣，要求设备小型化、耐高温、耐湿度，同时要降低能耗，支持 PoE 等高效供电方案，以减轻运营商的运营成本压力。

在射频领域GaN HEMT 的高频特性与毫米波通信天然适配，其耐高压、抗辐射能力强，非常适合处理基站前传和回传的高频信号。体积小、无需复杂散热系统以及宽泛的工作温度范围，使其能够轻松适应 5G 基站和边缘站点的恶劣环境。在供电方面，GaN HEMT 的高效率 DC - DC 转换可优化电源模块，支持更高功率的 POE++，为基站周边的摄像头、IoT 设备等提供充足电力。

华为 “PowerStar 2.0” 方案搭载 GaN 器件，使基站能效提升 20%，有效降低了运营成本。随着 5G 网络的不断扩展，GaN HEMT 在 5G 基站与边缘站点 POE 交换机中的应用将越来越广泛，成为推动 5G 网络建设的关键技术之一。

据了解，台湾某科技公司抢占先机，率先推出 GaN HEMT POE 交换机，投入市场后，在大型数据中心等应用领域成功得以应用 。

图2：DATA CENTER SWITCHES

目前，在中游设备商方面，华为、新华三已推出支持 GaN 的交换机原型，戴尔、Arista 2024 年量产 GaN 数据中心交换机，其中也包括 POE 功能的交换机产品。

表三：厂商布局与产品示例

尽管 GaN HEMT 在 POE 交换机领域前景广阔，但仍面临一些挑战。

首先，成本问题是制约其大规模应用的重要因素，8 英寸 GaN 晶圆价格是硅的 4 倍。不过，随着台积电等厂商的产能扩张，成本正以年均 15% 的幅度下降。

其次，早期 GaN HEMT 产品存在动态电阻退化问题，影响了设备的可靠性。但新型 p - GaN 栅极技术的出现，使器件寿命突破 100 万小时，大大提高了可靠性，其中芯干线的GaN HEMT产品，已通过工业级可靠性测试，确保了 GaN HEMT 在POE交换机供电应用场景中能稳定、高效地运行，并有多个规格供客户选择。

图3：芯干线GaN HEMT X3G6515A5已通过工业级可靠性测试

最后，设计生态方面还不够完善，工具链、散热方案等需要全行业协同发展。中国《十四五第三代半导体规划》已将相关技术列为重点发展方向，有望推动 GaN HEMT 在 POE 交换机领域的进一步发展。

随着技术持续革新和市场需求的动态演变，Wi-Fi 7正逐步走向普及，单AP功耗攀升至40W+，对商用交换机提出了支持802.3at/bt标准的明确要求。与此同时，绿色节能成为新的发展方向：

一方面，无风扇设计与低功率机型成为主流选择，有效降低能耗；

另一方面，静音散热技术的应用，使得设备运行时更加安静、稳定。

这些特性让交换机能够广泛适用于零售、医疗、工厂、商场以及大户型家庭等多元化场景，完美契合不同场景下的网络部署与使用需求 。

GaN HEMT 的发展不仅是半导体技术的革新，更是 POE 交换机领域的一场革命。随着成本的降低、可靠性的提高以及设计生态的完善，它有望彻底改变 POE 交换机的格局，为未来网络的发展奠定坚实基础。