在過去幾年時間中，寬禁帶半導(dǎo)體成為市場熱點，與傳統(tǒng)的硅相比，基于氮化鎵和碳化硅等新材料的晶體管可以大幅提高電源轉(zhuǎn)換器的效率，具有更好的性能和可靠性，因而在包括電力電子、新能源汽車、光伏儲能、數(shù)據(jù)中心等領(lǐng)域受到了青睞。

碳化硅因近年來新能源汽車的迅速發(fā)展而受到矚目，但它更側(cè)重于高壓應(yīng)用，尤其是新能源紛紛上馬的800V電壓平臺，成為了它最好的展示舞臺。

而氮化鎵相比之下就顯得低調(diào)許多了，此前大家了解到它，還是因為手機(jī)充電器的大范圍應(yīng)用，但許多人并不知情的是，氮化鎵正在成為AI產(chǎn)品中的不可缺少一環(huán)，包括Chat-GPT在內(nèi)的各路大模型背后，少不了氮化鎵的支撐。

關(guān)于這一點，半導(dǎo)體行業(yè)觀察此次專程采訪了宜普電源轉(zhuǎn)換公司（EPC）首席執(zhí)行官兼聯(lián)合創(chuàng)始人Alex Lidow，作為20世紀(jì)70年代硅功率MOSFET技術(shù)的共同發(fā)明人，他又是如何看待如今氮化鎵市場的呢？

為何氮化鎵成為焦點？

氮化鎵是如何與AI產(chǎn)生聯(lián)系的，這件事還要從它的特性說起。

前面提到的碳化硅固然能在800V以上的高壓平臺上大顯神通，但它也有自己的局限性。首先就是成本難題，要在碳化硅制造領(lǐng)域站穩(wěn)腳跟，需要專用于碳化硅的昂貴設(shè)備：碳化硅晶圓的生長溫度超過 2700℃，生長速度至少比硅慢 200 倍，而且需要消耗大量能源。

形成鮮明對比的是，氮化鎵基本上可以使用與硅加工相同的設(shè)備，其中氮化鎵外延晶片可以在其各自的基板上以 1000 至 1200℃ 的溫度生長——而這還不到碳化硅的一半。

除此之外，與碳化硅和硅相比，氮化鎵器件在相同的額定電壓下，每單位面積的導(dǎo)通電阻值要低得多，這也使得氮化鎵芯片和其封裝尺寸能夠做到更小。且由于氮化鎵器件開關(guān)快，因此在可實現(xiàn)更高的開關(guān)頻率、縮小無源元件的情況下，不需要依靠機(jī)械散熱，就可以實現(xiàn)更小更輕的解決方案。

總而言之，就是在性能不變的情況下，氮化鎵功率器件能夠更小更輕。

Alex Lidow也談到了氮化鎵的優(yōu)良特性，他表示，不論是熱效率、集成度還是功率密度，氮化鎵都遠(yuǎn)勝硅MOSFET，已是近兩年功率器件發(fā)展的一大趨勢。

而在許多廠商所顧忌的價格上，Alex Lidow以EPC的100V氮化鎵晶體管為例，“實際上，低壓氮化鎵器件的價格一直與硅 MOSFET 相差無幾，”他說到，“和具有類似導(dǎo)通電阻的硅MOSFET進(jìn)行價格對比，它們的價格處在中游，由于它的優(yōu)良性能，反而凸顯出了性價比?！?/p>

氮化鎵的這些特性讓它在擅長的領(lǐng)域中表現(xiàn)出了驚人潛力。Yole Group的報告指出，盡管 2023 年整個半導(dǎo)體行業(yè)下滑約 8.2%，但功率氮化鎵收入?yún)s增長了 41%，其指出，這一增長勢頭將在 2024 年繼續(xù)，增幅達(dá) 45%，到 2025 年將加速至 65%，預(yù)計 2023-2029 年期間收入將以 46% 的復(fù)合年增長率 (CAGR) 增長。

值得一提的是，如此高的增長速度之下，氮化鎵的市場應(yīng)用前景依舊非常廣闊。

從數(shù)據(jù)中心，到航天衛(wèi)星

在談到氮化鎵的市場應(yīng)用時，Alex Lidow提出了一個很有意思的觀點，即現(xiàn)在的氮化鎵正處于1988年MOSFET所處的位置，行業(yè)即將被顛覆的臨界點。

MOSFET當(dāng)初是如何取代最早的雙極晶體管的，作為MOSFET技術(shù)的共同發(fā)明人，經(jīng)歷了市場幾十年來變化的Alex Lidow，顯然是最有發(fā)言權(quán)的專家之一。

他回憶道，MOSFET 的第一個發(fā)展臨界點來自于臺式電腦，蘋果和 IBM 都采用了基于 MOSFET 的 AC-DC 電源，而后，用于高速繪圖儀的電機(jī)驅(qū)動器和防抱死制動系統(tǒng)也開始廣泛應(yīng)用MOSFET，這些應(yīng)用迅速推動了MOSFET的普及。

“1988年，得益于更高的產(chǎn)量和大量的資本投資，MOSFET 的生產(chǎn)成本已低于雙極晶體管，市場格局被徹底顛覆，”Alex Lidow說到，“MOSFET 正式達(dá)到了臨界點，而這也正是氮化鎵如今所處的位置?！?/p>

臺式電腦催生出了新的市場，最終推動了MOSFET取代雙極晶體管，而氮化鎵想要取代MOSFET，又可以從哪些應(yīng)用方向著手呢？

首當(dāng)其沖的當(dāng)然是前文就已經(jīng)提到過的AI，事實上，包括AI數(shù)據(jù)中心在內(nèi)的基礎(chǔ)設(shè)施市場，有望成為未來幾年氮化鎵最重要的增長來源，原因很簡單，AI推動了對數(shù)據(jù)中心的發(fā)展，數(shù)據(jù)中心的規(guī)模迅速膨脹，從幾千張GPU到幾十萬張GPU，對電源方面的需求空前龐大。

而更好的消息是，包括數(shù)據(jù)中心在內(nèi)的基礎(chǔ)設(shè)施市場所需器件的平均銷售價格 (ASP) 將高于消費設(shè)備的平均銷售價格，未來有望進(jìn)一步拉高氮化鎵市場的收入。

Alex Lidow表示，目前全球各地正處于AI市場快速發(fā)展的初期階段，特別是在AI電源供應(yīng)方面，每塊英偉達(dá)GPU都需要一個氮化鎵電源模塊，光是今年，EPC就已經(jīng)生產(chǎn)了超過100萬個AI電源模塊。

“這僅僅是開始，不止是英偉達(dá)，AMD、阿里巴巴、谷歌、微軟、亞馬遜和Meta等公司都在建設(shè)AI服務(wù)器，AI技術(shù)發(fā)展越快，氮化鎵應(yīng)用的市場前景就越廣闊?！彼f道。

除了AI市場以外，還有兩個氮化鎵應(yīng)用的重要領(lǐng)域，分別是是新能源汽車和人形機(jī)器人。

盡管目前在700V以上的市場，碳化硅的使用更加主流，但在700V之下，氮化鎵幾乎成了最優(yōu)解，尤其是受電動汽車熱潮及其對車載充電器和 DC-DC 轉(zhuǎn)換器的需求推動，氮化鎵技術(shù)也有望大批量進(jìn)入汽車市場。

據(jù)了解，汽車廠商已經(jīng)在激光雷達(dá)中使用氮化鎵，預(yù)計未來需求將繼續(xù)擴(kuò)大，Yole Group 預(yù)測，到 2029 年，汽車和移動出行領(lǐng)域的氮化鎵收入可能超過 7.5 億美元。

Alex Lidow在采訪中提到，目前宜普的氮化鎵技術(shù)被廣泛應(yīng)用于自動駕駛汽車的激光雷達(dá)傳感器中，同樣也用于人形機(jī)器人的激光雷達(dá)傳感器。此外，人形機(jī)器人中的電機(jī)數(shù)量可達(dá)40個，這些電機(jī)也依賴于宜普的氮化鎵技術(shù)。

“在人形機(jī)器人中，我們的氮化鎵技術(shù)無處不在，例如機(jī)器人的眼睛是激光雷達(dá)系統(tǒng)，而激光雷達(dá)幾乎都使用氮化鎵，除此之外，機(jī)器人的電機(jī)也需要高扭矩和高效率，而氮化鎵技術(shù)也可以提供更高的效率?！?Alex Lidow說道。

目前激光雷達(dá)技術(shù)已不再僅限于自動駕駛汽車，還擴(kuò)展到了無人機(jī)、智能城市和倉庫等多個領(lǐng)域，在可預(yù)見的未來，每一個激光雷達(dá)背后都意味著一個氮化鎵電源模塊，其市場之廣闊可見一斑。

除了以上幾大應(yīng)用之外，消費電子領(lǐng)域仍然是氮化鎵最大的應(yīng)用市場之一，采用氮化鎵技術(shù)的快速充電器已經(jīng)成為了相當(dāng)成熟的一種產(chǎn)品，氮化鎵在這一市場中，正在逐步擴(kuò)展至家用電器電源和智能手機(jī)的過壓保護(hù)裝置之中。

不難發(fā)現(xiàn)，與近一年來屢次受挫的碳化硅相比，氮化鎵擁有著更高的增長潛力，我們相信，伴隨著技術(shù)的繼續(xù)發(fā)展，氮化鎵的應(yīng)用也會愈發(fā)廣闊，能在在寬禁帶半導(dǎo)體這一領(lǐng)域中拿下更多市場份額。

未來可期的氮化鎵

如今，我們談及氮化鎵發(fā)展時，已經(jīng)繞不開由Alex Lidow所創(chuàng)辦的宜普，作為氮化鎵功率器件廠商中的翹楚，不僅在技術(shù)上占據(jù)著先發(fā)優(yōu)勢，也在市場中表現(xiàn)出了強(qiáng)大的競爭力。

“GaN 正成為那些渴望保持領(lǐng)先地位公司的首選技術(shù)，” Alex Lidow 在接受采訪時表示?！拔覀冇?2010 年 3 月開始量產(chǎn)首批氮化鎵系列器件，比該領(lǐng)域的其他公司都要早，還率先在2014年推出了增強(qiáng)型技術(shù)和氮化鎵功率 IC?！?/p>

而在市場方面，從收入結(jié)構(gòu)看，截至2024年第三季度，宜普有約50%收入來自DC-DC（電源轉(zhuǎn)換），30%來自雷達(dá)，20%來自電機(jī)；從應(yīng)用市場看，宜普約25%收入來自AI服務(wù)器、25%來自航空航天、30%來自汽車電子，剩下20%則涵蓋消費電子、工業(yè)等應(yīng)用。

值得一提的是，由于近年來中國對于各種新技術(shù)的應(yīng)用程度非?？欤渲性S多新產(chǎn)品都用到了氮化鎵器件，因而中國市場在宜普的發(fā)展規(guī)劃中也占據(jù)了非常重要的地位。Alex Lidow表示：“從區(qū)域來看，我們在美國和中國的業(yè)務(wù)規(guī)模相當(dāng)大，中國市場對我們尤為重要，因為它對新技術(shù)的接受速度非?？臁！?/p>

盡管氮化鎵技術(shù)才剛剛起步，僅在過去幾年才開始投入商業(yè)化，但它對比傳統(tǒng)的硅器件已經(jīng)表現(xiàn)出了無可爭議的優(yōu)越性，其未來一片光明，宜普作為這一市場的最早參與者之一，勢必要爭一爭鰲頭。

Alex Lidow對此表現(xiàn)得非常自信，“EPC的氮化鎵器件擁有市場上最高的性能，沒有競爭對手能夠與我們的效率匹敵，”他說到，“我們每年都在改進(jìn)產(chǎn)品，并且改進(jìn)速度比競爭對手快得多，只要技術(shù)保持領(lǐng)先，那么我們能保證競爭中的優(yōu)勢。