電子發(fā)燒友網報道（文/劉靜）氮化鎵是最新的第三代半導體材料，最早是在1932年由W.C.Johnson等人首次合成，2019年開啟在快充領域大規(guī)模商用。經過五六年的培育，氮化鎵的應用領域已不再局限于快充，而是延伸拓展至LED照明、新能源汽車、數(shù)據(jù)中心、工業(yè)等領域。

在新的一年，氮化鎵的發(fā)展也開始進入新的階段，最近，電子發(fā)燒友看到不少氮化鎵新品方案、新玩家，走訪中氮化鎵玩家對市場發(fā)展也提出了不少新看法。本文將為大家匯總分析。


AI的盡頭或是氮化鎵，下一步數(shù)據(jù)中心有望大批量使用

作為比較成熟的第三代半導體材料，氮化鎵具有極快的開關速度、優(yōu)秀的導通阻抗和極低的開關損耗。不過在最初的研究和開發(fā)階段，這種半導體材料的制備工藝和成本是很高的。

最初人們都認為這種半導體材料會最先在通訊電源或者服務器電源領域采用。但是最終氮化鎵卻意外在消費的充電器市場最先鋪開，并且得到大規(guī)模的商用。

根據(jù)Market and Market、Yole等機構的數(shù)據(jù)，2020年中國氮化鎵充電器市場規(guī)模為1億元，2021年快速上漲至6億元，預計2026年中國氮化鎵充電器市場規(guī)模將突破50億元?？焖侔l(fā)展下，也吸引了頭部手機原廠小米、OPPO、華為、三星、蘋果相繼入局氮化鎵市場。前瞻布局氮化鎵快充的廠商，在快速增長的市場下已成功賺到了“第一桶金”。

那AI時代下，氮化鎵下一個能賺到錢的應用市場是在哪里呢？“我們覺得在最后，氮化鎵這個產業(yè)真正有賺錢效應的時候，應該是在大規(guī)模數(shù)據(jù)中心里面?！?a target="_blank">英飛凌市場應用總監(jiān)程文濤表示。

英諾賽科的產品應用總監(jiān)鄒艷波對這一想法也表示認同，“從目前來看，氮化鎵在消費類已經大批量使用了，不管是快充還是TV電源，經過三到四年的培育，氮化鎵在數(shù)據(jù)中心、光伏儲能、汽車上也實現(xiàn)了0到1的突破，接下來數(shù)據(jù)中心這些領域應該會開始大批量使用氮化鎵。”

為什么是數(shù)據(jù)中心？ChatGPT自推出以來，用戶增長一直非常迅猛，5天時間積累了百萬用戶，2個月用戶數(shù)突破1億。而ChatGPT每天需要消耗超過50萬千瓦時的電力，未來會有無數(shù)個像ChatGPT這樣的AI應用推出，屆時對電能的需求是巨大的。

隨著AI 的發(fā)展，對算力、能源都將急劇增加，Nature預計2023年數(shù)據(jù)中心的耗電量將達到3000TWhr，相當于全球能耗的10%，這是非常驚人的數(shù)據(jù)。程文濤表示，“這個判斷并不夸張，我們在跟蹤這些數(shù)據(jù)的時候，我覺得這是會發(fā)生的。當帶AI的數(shù)據(jù)中心耗能占據(jù)十分之一的時候，我認為它并不會減緩，而是加速?！?br />
如何解決未來數(shù)據(jù)中心耗電量大這個問題？眾所周知，衡量電源的三個重要維度是，輸出功率、效率和功率密度。AI數(shù)據(jù)中心對電源的這三個維度的要求都在加速提高，而目前硅的迭代空間已經不太大了，如果一直停留在硅器件這個水平上的話，是無法達到AI發(fā)展的要求的。

AI發(fā)展的盡頭或將是氮化鎵，它相對硅在高輸出功率、高工作效率和高工作頻率等方面具有更顯著的優(yōu)勢，可以在電源的三個維度上進一步突破硅的瓶頸。今天的AI數(shù)據(jù)中心里面的電源，比較常見的是4000W，5000W的目前僅有極小企業(yè)能研發(fā)，未來幾年可能需要提高到7000W的要求。到這時氮化鎵將會成為數(shù)據(jù)中心電源最終選擇的一個方向。

而且數(shù)據(jù)中心電源采用氮化鎵，在碳減排、企業(yè)利潤、節(jié)能以及費用支出方面都將帶來不小的好處。


英飛凌表示，如果采用氮化鎵，每10個AI數(shù)據(jù)中心，每年利潤預計將增長$3M，每年將減少100公噸二氧化碳，每年運營支出減少$13K。

可見，AI數(shù)據(jù)中心這個場景很好地發(fā)揮了氮化鎵的價值，未來隨著AI的發(fā)展，氮化鎵巨大的商業(yè)價值將逐步展現(xiàn)。


英飛凌、氮矽科技、Transphorm氮化鎵產品亮相，高壓、高功率持續(xù)突破

在充電展上，電子發(fā)燒友發(fā)現(xiàn)，誠芯微、環(huán)球半導體、南京綠芯集成電路、英飛凌、杰華特、強弦科技、必易微、美思半導體、MPS、亞成微電子、艾思科技、展嶸電子、聚泉鑫科技、賽泰、聚能創(chuàng)芯微電子、能華半導體、氮矽科技、珠海鎵未來、漢驊半導體、Transphorm、PI、納微半導體等企業(yè)均展示了氮化鎵產品及解決方案。

誠芯微有20W、30W、45W和65W的氮化鎵合封PD快充方案。南京綠芯集成電路有限公司也有推出一款65W超小體積高性能PD快充解決方案GR9235QCZBG+GR8386CG，芯片滿足6級能效，低于75mW待機功耗，峰值效率達94.5%。

現(xiàn)場工作人員透露氮化鎵快充，目前還是在小功率段出貨量比較多。2020年開始，氮化鎵快充市場出貨的主流功率段就主要集中在65W及以下，如今經過四五年的發(fā)展，手機、平板等消費類快充需求還是集中在這一塊。

展會現(xiàn)場也看到，不少廠商還在持續(xù)推出小功率的氮化鎵快充新品，比如氮化鎵新布局者必易微推出了第二代33W氮化鎵快充方案；美思半導體推出45W、65W超小體積氮化鎵PD電源方案。這類廠商有在待機功耗、外圍器件簡化、降本方面有做進一步升級優(yōu)化。

在大功率快充方面，聚泉鑫科技推出了100W、140W和200W的氮化鎵方案，賽泰也展示有140W、240W、300W的氮化鎵快充解決方案。快充在大功率上的快速突破，展示了國內廠商技術創(chuàng)新優(yōu)秀能力，未來大功率也是快充市場必然的發(fā)展趨勢。

艾思科技有推出集成驅動雙管合封的MasterGaN，現(xiàn)場工作人員介紹，這是一款高功率密度的半橋系統(tǒng)，將GaN晶體管和半橋門驅動器集成到一個封裝中。與標準硅基晶體管相比，MasterGaN晶體管可以提供更低的柵極電荷、輸出電容和反向恢復電容，從而降低開關損耗，實現(xiàn)更高的頻率和效率。

氮矽科技2021年Q4先后發(fā)布并量產數(shù)十款氮化鎵相關產品，并成為國產氮化鎵出貨量第二名。氮矽科技透露，其在前兩個月，也成功打進了華為的筆記本市場。2023年氮矽科技在快充市場高壓650V器件出貨量已經超過500萬顆。氮矽科技有35W-210W功率段的TV電源等解決方案，其也在積極布局數(shù)據(jù)中心領域，現(xiàn)場透露在這個領域其氮化鎵產品已經有三四家客戶在測試。

Transphorm是目前業(yè)界唯一可制造低至45W、高至10KW功率范圍的氮化鎵封裝器件公司，2022年其GaN功率器件收入排名全球第六，在此次氮化鎵大會上Transphorm透露下一步要發(fā)布1200V產品。

寫在最后

從現(xiàn)場看到的產品來看，未來氮化鎵應該會走向一個模塊化、集成化的趨勢。AI的發(fā)展會讓電源系統(tǒng)更加復雜化，而氮化鎵、碳化硅的優(yōu)勢是不一樣的，可能大家可以按需取舍，將它們的優(yōu)勢發(fā)揮到最大。

氮化鎵在過去通常是在650V，但在此次展會現(xiàn)場看到不少廠商都在蓄勢發(fā)布1200V產品，可見市場已經逐漸向中高壓或高壓方向發(fā)展。這主要跟氮化鎵應用市場的拓展有關，能華半導體表示，“消費類電子更多的是聚焦在650V以下，發(fā)展到1200V到時候可能會跟SiC、IGBT的900V-1200V這塊的市場重疊，不過這也是后面氮化鎵市場的一個突破性增長點?！贝送?，雙向氮化鎵也將是未來市場發(fā)展的一個重要趨向。