GaN产业的最新预测：里程碑的一年

总部位于加拿大安大略省渥太华的 GaN Systems Inc（一家用于功率转换和控制应用的基于氮化镓的功率开关半导体的无晶圆厂开发商）在其年度功率半导体预测中认为，2023 年将是 GaN 又一个具有里程碑意义的一年。Yole Intelligence 在其“Power GaN 2022：2022 年市场和技术报告”报告中也预测，采用改技术的市场到 2027 年将达到 20 亿美元，这主要得益于消费电子、汽车、数据中心和可持续发展计划的采用率不断提高。

这些预测探讨了全球半导体供应链正在发生的总体系统性变化，以及针对主要依赖电力行业的可持续发展举措，即：

• 供应链——启动具有历史意义的多年计划，以改变半导体制造和封装的地点和方式。

• 可持续性——效率和保护的动机将与能源独立的新政治要求相一致。GaN 不仅仅是高频设计的好选择。这对地球也有好处。

• 数据中心——随着数据中心升级处理器以优化其实现盈利能力和可持续性目标的能力，GaN 取得新进展成为首选解决方案。

• 电动汽车——GaN 被集成到节能电动汽车 (EV) 和充电站的设计中，以满足汽车制造商和全球政府、企业以及影响汽车行业和道路交通未来的其他组织的 2030 年目标。

• 消费电子产品——GaN 在充电器、音频、电器和电动工具设计方面的持续创新和新产品发布进一步巩固了其主流地位。

“我们正处于功率 GaN 技术的转折点，”GaN Systems 相信。“尽管近三年来全球经济和地缘政治面临重大逆风，但 GaN 功率半导体已成为多个细分市场的首选产品解决方案，包括数据中心、电动汽车、工业和消费电子行业。它通过独特地解决了这些行业中围绕能源效率和设计的一些最紧迫和关键的电力系统挑战来实现这一目标，“该公司补充道。“随着电气化大趋势的强劲势头和越来越多的包含半导体的产品。

具体预测如下：

供应链：公司和政府拥抱数十亿美元的长期计划，以加强全球半导体制造和封装

• 过去，许多公司专注于整合一两个国家的制造活动。展望未来，全球半导体供应链将努力发展美国在工程设计和制造方面的大量存在。在美国，这意味着接受国家战略半导体政策——而不是政治上的便利。

• 预计 2022 年的 CHIPS 和科学法案将在未来四年内促进美国半导体行业的地域多元化。以 527 亿美元的赠款、贷款和税收抵免形式提供的巨大经济实力将推动对设计、制造和制造设施的投资。大型芯片制造商在美国建造的每座新制造工厂将获得高达 25 至 3 亿美元的资金。

• 为了加速下一代芯片的设计和生产，欧盟 (EU) 芯片法案中的广泛投资计划将侧重于提高生产能力以及提高识别和应对半导体供应危机的能力。最重要的是，《欧盟芯片法》旨在加强欧洲的研究和技术领导地位，包括实现长期经济和社会目标所需的能力、能力和控制。

• 半导体封装将在短期内解决，在越南和印度增加工厂。很大一部分半导体晶圆制造将留在台湾（68% 的半导体和 90% 的先进芯片）。随着欧洲、加拿大和美国几年来的制造扩张，这将继续使半导体行业面临区域“单一来源”的脆弱性。

可持续性：能源效率和自然资源保护的动机符合能源独立的政治要求

• 可持续性和盈利能力将是企业成功的双重驱动力。例如，使用 GaN 半导体将同时通过提高数据中心的数据密度来增加收入，并减轻对环境的影响（例如满足积极的 ESG 目标）。此外，满足产品和运营的可持续性指标与满足性能和成本要求一样必要。

• 大规模推广可再生能源大规模收集、储存和使用技术的压力将会增加。按需太阳能发电系统将需要更节能的电源逆变器、DC-DC 转换器和能量密集型存储。GaN 技术将成为该解决方案的核心。

• 2023 年及以后，GaN 需求将自然加速，以确保更可持续的未来。已发现该技术可以优化电源设计以减少高频设备和系统的碳足迹。GaN 具有独特的优势，可以为电子行业创造更绿色、更碳中和的未来。GaN 功率半导体旨在通过利用高开关速度和低导通电阻来节约能源和使设备小型化。

数据中心——盈利能力与可持续发展计划相得益彰，以推动 GaN 技术的广泛采用

• 随着数据中心每三到五年更新一次硬件，加上生效的欧盟生态设计 Lot 9 效率监管要求，GaN 将有机会在机架式电源和服务器中的独立冗余电源中取代硅. 这种使用 GaN 电源的服务器升级和服务器机架扩建将由英特尔和惠普等原始设备制造商的创新工作引领。更多的服务器和机架电源公司将效仿，采用 GaN 并使 GaN 成为行业的“标准”。

• 科技巨头的新标准将加速电源向更高效率和更小外形尺寸的转变。开放计算机项目 (OCP) 为服务器电源定义了一个新的标准外形尺寸 M-CRPS，可将尺寸减小 30%。传统的晶体管技术，即硅 MOSFET，将难以满足这一标准，而 GaN 在这方面表现出色。此外，许多以超大规模计算为目标的 OCP 设计对超高能效的需求不断增加，而 GaN 最能提供这一特性。

• 对电源的需求将增加 GaN 的使用：(1) 通过其较低的开关损耗和传导损耗的特性来提高效率，(2) 通过在比替代技术更高的频率下工作来提高功率密度，以及 (3 ) 体积更小、效率更高的基于 GaN 的电源可直接降低数据中心的电费，并间接降低冷却系统成本。

电动汽车：从气候变化的道德动机和能源经济学的现实来看，加速转向电动汽车的压力越来越大

• 汽车原始设备制造商及其一级供应商将继续通过性能、可靠性、成本和容量四个方面来做出有关功率晶体管选择的决策。2022-2023 年处于设计阶段的高性能 GaN 解决方案将在 2025-2026 年成为主流，提供成本更低、能效更高的电源解决方案。

• 越来越多的原始设备制造商开始采用 GaN 进行生产，这将在 2023 年加速。随着更多 400V 系统设计的重要性上升，GaN 半导体公司将开始看到他们在 EV 设计中的份额增加，800V 系统的多级 GaN 解决方案得到验证，硅硬质合金 (SiC) 经历了持续的材料短缺、产量挑战和成本问题。

消费电子：GaN 成为多个消费市场的主流

• GaN 将增加其在充电器中的份额，从流行的 45W 和 65W 充电器到不断增长的具有单端口和多端口变化的更高功率 100-180W 充电器市场，为消费者提供超快速和多设备充电体验。

• 对于音频，GaN 将使主流品牌能够以更紧凑的外形满足消费者的移动和声控生活方式需求，提供与更大设备相同的音量和音频质量。

• 新的 D 类音频系统设计将随着 GaN 产品“构建模块”的采用而加速，使各个市场的音频系统设计人员能够混合和匹配设计并最大限度地提高其特定应用的性能。

• 家电、大屏幕电视、电动自行车和电动工具等新应用领域的增长将源于企业对 GaN 在消费电子领域的主流地位和价值的认可，以及对基于 GaN 的系统设计的验证。这些市场中的创新 GaN 驱动产品将在 2023-2024 年进入消费市场。

“随着全球公司继续面临推动盈利能力和可持续性发展的压力，GaN 技术变得更加重要，”GaN Systems 的首席执行官 Jim Witham 说。“尽管过去三年全球经济和地缘政治存在重大逆风，但 GaN 现在被公认为是一种广泛采用的技术，预计到 2027 年将达到 20 亿美元，其推动因素是消费电子、汽车应用、数据中心以及工业和电动汽车的使用不断增加. 因此，公司将继续加快提高能源效率的承诺，我们将看到盈利能力和可持续性推动 GaN 增长 至60 亿美元。”