氮化鎵市場(chǎng)，中國扮演重要角色

來(lái)源：半導體行業(yè)觀(guān)察

隨著(zhù)寬帶隙材料開(kāi)始取代電力電子中的硅，氮化鎵在消費領(lǐng)域也逐漸站穩了腳跟。尤其是在中國，氮化鎵將在未來(lái)幾年助力電力設備市場(chǎng)的大幅增長(cháng)。

作為第三代材料，GaN 仍在不斷創(chuàng )新和發(fā)展（第一款商用功率器件僅在 10 年前推出），在電力電子領(lǐng)域有著(zhù)迷人的前景。

根據Yole預測，到2027年，功率 GaN 器件市場(chǎng)的價(jià)值將從 2021 年的 1.26 億美元增長(cháng)到 20 億美元，預期的年復合增長(cháng)率高達 59%。Yole預計，在此期間會(huì )有許多并購、大量投資。在應用方面，除了獨特的合作伙伴關(guān)系，GaN 滲透到汽車(chē)和電信/數據通信等應用中。

消費驅動(dòng) GAN，尤其是在中國

到目前為止，消費領(lǐng)域一直是 OEM 采用 GaN 的主要驅動(dòng)力，這要歸功于材料的成本和效率優(yōu)勢，而且這種趨勢預計不會(huì )放緩。Yole Intelligence 預測，功率 GaN 市場(chǎng)的消費應用預計將從 2021 年的 7960 萬(wàn)美元增長(cháng)到 2027 年的 9.647 億美元，復合年增長(cháng)率為 52%。到 2027 年，消費行業(yè)將占整個(gè)行業(yè)的 48%。

由于對更快、更便宜和更環(huán)保的電子設備供電的需求，快速充電一直是推動(dòng)這種采用的主要應用。

借助 GaN，智能手機制造商可以制造外殼尺寸更小且性?xún)r(jià)比更高的充電器。盡管基于 GaN 的器件的單價(jià)比硅貴，但更高的頻率和更高的功率密度值導致每瓦美元更低。比較三星的硅基和 GaN 基充電器有助于證明這一點(diǎn)：三星的 45W Si 快速充電器的功率密度為 0.55W/cm3；而其 45W 基于 GaN 的充電器擁有 0.76w/cm3的功率密度，占地面積縮小了近 30%。

小米、vivo、聯(lián)想、OnePlus Technology 和 Nubia 等中國 OEM 只是報告中提到的過(guò)去兩年發(fā)布快速充電器的少數幾家公司。

雖然其他地區的電子 OEM 擁有 GaN 快速充電產(chǎn)品，例如蘋(píng)果（美國）和三星（韓國），但在該地區卓越的制造能力和專(zhuān)用供應鏈的支持下，中國 OEM 的數量要多得多，這使得該地區能夠在功率 GaN 消費領(lǐng)域占據主導地位。自 2021 年以來(lái)，中國國內供應鏈已經(jīng)能夠以自下而上的方式支持氮化鎵大批量出貨。該地區是最大的消費品市場(chǎng)之一，這種需求推動(dòng)了集成設備制造商 (IDM) 的發(fā)展，代工廠(chǎng)和包裝商/OSAT。

英諾賽科（Innoscience）和三安集成電路是功率GaN生態(tài)系統中的兩個(gè)重要的中國參與者，有助于推動(dòng)中國的領(lǐng)先地位。Innoscience是全球最大的專(zhuān)注于GaN技術(shù)的8英寸IDM；而三安集成電路是一家化合物半導體晶圓代工企業(yè)，為高效電源設計提供GaN代工服務(wù)。

圍繞氮化鎵消費領(lǐng)域，其他即將推出的應用包括音頻設備，例如 D 類(lèi)音頻放大器，這在未來(lái)幾年可能會(huì )占用少量業(yè)務(wù)。然而，預計快速充電器將成為預測期內消費市場(chǎng)的主要驅動(dòng)力。

原始設備制造商考慮大功率充電器

智能手機快速充電器的目標功率高于 75W 的新趨勢可能會(huì )在不久的將來(lái)推動(dòng)智能手機 OEM 對 GaN 的采用。大多數國家超過(guò) 75W 的功率需要功率因數校正 (PFC) 電路，這需要使用更多的 GaN 含量。

目前市場(chǎng)上大多數基于 GaN 的充電器都在 65W 左右或以下，這是性?xún)r(jià)比的“最佳點(diǎn)”。但隨著(zhù)對更快充電的需求持續增長(cháng)，原始設備制造商正在考慮在為消費者帶來(lái)的額外好處（充電速度顯著(zhù)提高以及能夠使用相同的充電器為筆記本電腦充電）與單價(jià)之間進(jìn)行權衡。

目前存在數量有限的高功率設備，例如小米的 210W 快速充電器，它允許用戶(hù)在短短 9 分鐘內將其 Redmi Note 12 Discovery 的 4,300mAh 電池從空充電至充滿(mǎn)。對更快、功能更強大的充電器的需求是否會(huì )延續這一趨勢？

GAN 的新興應用

在消費領(lǐng)域 10 年后，GaN 技術(shù)日趨成熟，這也引致該材料開(kāi)始滲透到工業(yè)應用中。例如，汽車(chē)和電信/數據通信行業(yè)目前的立足點(diǎn)很小，但預計在未來(lái)幾年將實(shí)現高速增長(cháng)。

分析師預測，汽車(chē)和移動(dòng)行業(yè)的氮化鎵需求將從 2021 年的 530 萬(wàn)美元增長(cháng)到 2027 年的 3.089 億美元，復合年增長(cháng)率達到驚人的 97%。電信/數據通信將以 69% 的年增長(cháng)率增長(cháng)，到 2027 年將達到 6.178 億美元。

從 2024-25 年，汽車(chē)市場(chǎng)的主要驅動(dòng)力將是電動(dòng)汽車(chē)的車(chē)載充電器（AC-DC 轉換）以及 DC/DC 轉換器（電壓范圍為 48 V 至 400 V）。從長(cháng)遠來(lái)看，大概到2030 年左右，OEM 將開(kāi)始考慮在主逆變器 (650-800V) 中集成 GaN。

中國是汽車(chē)（尤其是電動(dòng)汽車(chē)）市場(chǎng)中最大的市場(chǎng)之一，這有助于推動(dòng)該地區的市場(chǎng)獨立于國際貿易問(wèn)題。小型電動(dòng)汽車(chē)將成為這里的重要應用，緊湊型城市汽車(chē)、輕便摩托車(chē)、踏板車(chē)和電動(dòng)自行車(chē)使用配備 48V 和 96V 電池的小型電動(dòng)機越來(lái)越受歡迎。

消費和汽車(chē)/電信行業(yè)的不同要求可以解釋為什么迄今為止對這些市場(chǎng)的滲透速度較慢?？煽啃詫ζ?chē)和電信行業(yè)非常重要，但對消費者來(lái)說(shuō)就不那么重要了，消費者通常每?jì)赡旮鼡Q一次設備。此外，在較為保守的汽車(chē)和電信行業(yè)內，驗證新技術(shù)以及建立供應鏈安全所需的時(shí)間要長(cháng)得多，正如碳化硅在汽車(chē)應用中所見(jiàn)。然而，既然這種材料的可靠性已經(jīng)在一定程度上通過(guò)其在消費領(lǐng)域的應用得到證實(shí)，電信行業(yè)，尤其是汽車(chē)行業(yè)的原始設備制造商現在也表現出極大的興趣。

中國的“新基礎設施建設”框架可能會(huì )幫助中國實(shí)體在這些新興工業(yè)應用中更快地行動(dòng)。為了進(jìn)一步實(shí)現技術(shù)獨立，該政策旨在通過(guò)政府對私營(yíng)部門(mén)參與的支持，發(fā)展供應鏈各個(gè)層面的內部能力。

通過(guò)這種方式，可以更快地開(kāi)發(fā)應用程序，以便在支持數字基礎設施的市場(chǎng)中獲得“先行者”優(yōu)勢——例如電動(dòng)汽車(chē)、可再生能源和數據中心支持的人工智能——其中 GaN 是一項關(guān)鍵技術(shù)。

獨特的伙伴關(guān)系

過(guò)去幾年，越來(lái)越多的汽車(chē)制造商與 GaN 器件供應商合作。GaN Systems （最近被英飛凌收購）是一家專(zhuān)注于功率 GaN 半導體的創(chuàng )新型加拿大公司，它與豐田合作，最近還與寶馬合作供應基于 GaN 的功率晶體管。雷諾、邁凱輪、布加迪和 Yole Intelligence 報告中提到的其他汽車(chē)制造商也一直在悄悄地投資這項技術(shù)。

此外，德國汽車(chē)系統制造商 ZF 與以色列 GaN 公司 VisIC 合作，而意大利汽車(chē)零部件制造商 Marelli 則與 GaN 器件公司 Transphorm 合作。

汽車(chē)市場(chǎng)中 GaN 發(fā)展的獨特之處在于成熟的汽車(chē)公司與創(chuàng )新公司合作以提高 GaN 制造能力。除了 GaN Systems，VisIC 和 Transphorm 的歷史還不到 15 年。

隨著(zhù)汽車(chē)制造商努力實(shí)現電氣化目標，這表明汽車(chē)制造商正在努力采用新材料。但這也可能意味著(zhù)從碳化硅中吸取了教訓，碳化硅是另一種新興材料，在電動(dòng)汽車(chē)的電力電子系統中發(fā)揮著(zhù)重要作用。由于與意法半導體的合作，特斯拉在這方面取得了較早的領(lǐng)先地位，成為第一家在其 Model 3 中集成完整 SiC 功率模塊的高級汽車(chē)制造商。其他汽車(chē)制造商現在可能希望學(xué)習特斯拉早期采取的戰略使用 SiC 并確保他們不會(huì )錯過(guò) GaN 的機會(huì )。

憑借更小、更便宜和更環(huán)保的供電承諾，GaN 在汽車(chē)、電信/數據通信和其他工業(yè)應用中的采用必將擴大。它在這些應用中如何發(fā)展，以及它與碳化硅一起發(fā)揮的作用，將值得關(guān)注。