【摘要】隨著智能汽車(chē)、數(shù)據(jù)中心和人形機(jī)器人產(chǎn)業(yè)井噴，GaN憑借高頻高效特性，正在三大領(lǐng)域加速滲透。

但成本、可靠性與生態(tài)鏈斷層仍是行業(yè)瓶頸。當(dāng)前，國(guó)內(nèi)氮化鎵龍頭英諾賽科是全球唯一8英寸GaN量產(chǎn)廠(chǎng)商，其IDM模式已經(jīng)打通設(shè)計(jì)-制造-封測(cè)全鏈條，今年開(kāi)始持續(xù)放量。

數(shù)據(jù)中心的電費(fèi)賬單、電動(dòng)汽車(chē)的快速更迭、人形機(jī)器人的新關(guān)節(jié)，都是中國(guó)第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)狂飆的縮影。當(dāng)GaN成本降至硅的數(shù)倍，電動(dòng)車(chē)、機(jī)器人、AI服務(wù)器將更快“GaN化”。

萬(wàn)億級(jí)市場(chǎng)爆發(fā)前，能否承住需求將很快決定各家的排位。

以下為正文：

2020年2月，在晶圓代工領(lǐng)域稱(chēng)霸全球的臺(tái)積電，罕見(jiàn)地發(fā)布新聞稿，宣布與國(guó)際功率半導(dǎo)體IDM大廠(chǎng)意法半導(dǎo)體攜手合作開(kāi)發(fā)氮化鎵(GaN)制程技術(shù)。

長(zhǎng)期以來(lái)，半導(dǎo)體材料都是由硅作為基材，但受限于硅的物理性質(zhì)，且面對(duì)電路微型化的趨勢(shì)，其不論是在制程或功能的匹配性上都已面臨極限，越來(lái)越難符合芯片尺寸縮減、電路功能復(fù)雜、散熱效率高等多元的性能要求。

加上更多高頻率、高功率等電子應(yīng)用出爐，更省電、更低運(yùn)行成本、并能整合更多功能性的半導(dǎo)體元件開(kāi)始成為各大半導(dǎo)體巨頭關(guān)注的問(wèn)題。

2024年1月，瑞薩宣布3.39億美元收購(gòu)Transphorm，正式進(jìn)軍氮化鎵領(lǐng)域。

進(jìn)入今年，智能汽車(chē)、數(shù)據(jù)中心、人形機(jī)器人等產(chǎn)業(yè)進(jìn)入井噴期，愈發(fā)需要高質(zhì)量的車(chē)規(guī)芯片、電源芯片和電機(jī)驅(qū)動(dòng)產(chǎn)品作為基礎(chǔ)設(shè)施。

氮化鎵作為新興的第三代半導(dǎo)體材料，開(kāi)始走入質(zhì)變新節(jié)點(diǎn)。

01

超越消費(fèi)電子

今年上海的國(guó)際集成電路展覽會(huì)暨研討會(huì)（IIC），AI成為第一大主題，而高算力需求帶來(lái)的功耗和能效問(wèn)題則成為電源論壇的重要話(huà)題。

2025年3月，中國(guó)信通院預(yù)測(cè)，到2030年中國(guó)數(shù)據(jù)中心耗電量將達(dá)到4000億千瓦時(shí)，占全社會(huì)用電量的比重將從當(dāng)前的不足2%攀升至6%。若這些電力需求仍依賴(lài)化石能源，碳排放量將超過(guò)2億噸，相當(dāng)于北京市2024年全年碳排放總量的3倍。

快速發(fā)展和更加精細(xì)化的高精產(chǎn)業(yè)開(kāi)始需要更為先進(jìn)的電源解決方案來(lái)提供支持，氮化鎵則在近幾年開(kāi)始大放異彩。

人工智能方面，目前，全球AI和超大規(guī)模計(jì)算數(shù)據(jù)中心的PSU有三種外形規(guī)格，包括通用冗余電源的CRPS185、CRPS265以及開(kāi)放計(jì)算項(xiàng)目的OCP。三種規(guī)格電源高度和寬度尺寸相同，只有長(zhǎng)度不同，其中，每個(gè)CRPS185電源尺寸都是固定的，長(zhǎng)寬高分別為185毫米、73.5毫米、40毫米。

因此，在尺寸無(wú)法改變的情況下，AI服務(wù)器功率需求的增加就需要從提升功率密度入手，升級(jí)數(shù)據(jù)中心PSU成為重要突破口。

在硅基產(chǎn)品已到達(dá)物理性能極限的情況下，氮化鎵器件的高開(kāi)關(guān)頻率特性使其更加適合高密度CRPS應(yīng)用。

汽車(chē)領(lǐng)域，有三大應(yīng)用是與電源相關(guān)的，即充電器、DC-DC轉(zhuǎn)換器和牽引逆變器。

牽引逆變器是目前為止可以從GaN技術(shù)中受益最多的。因?yàn)槭褂肎aN元件后，可以減輕汽車(chē)的重量，提高能效，讓電動(dòng)車(chē)能夠行駛更遠(yuǎn)距離，同時(shí)可以使用更小的電池和冷卻系統(tǒng)。

機(jī)器人等場(chǎng)景，動(dòng)力核心是電機(jī)與電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片，氮化鎵技術(shù)導(dǎo)入電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片后，為機(jī)器人驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)提供了更高的能效比、更優(yōu)的熱管理和更合理化的設(shè)計(jì)。

市場(chǎng)規(guī)模方面，根據(jù)TrendForce集邦咨詢(xún)最新研究，在2025年各機(jī)器人大廠(chǎng)逐步實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)的前提下，預(yù)估2027年全球人形機(jī)器人市場(chǎng)產(chǎn)值有望超越20億美元，2024年至2027年間的市場(chǎng)規(guī)模年復(fù)合成長(zhǎng)率將達(dá)154%，這是氮化鎵異常龐大的應(yīng)用空間。

02

三個(gè)關(guān)鍵：成本、可靠性與生態(tài)

實(shí)際上，碳化硅也能在800V以上的高壓平臺(tái)上較好運(yùn)行，但局限性在于：要在碳化硅制造領(lǐng)域站穩(wěn)腳跟，需要專(zhuān)用于碳化硅的昂貴設(shè)備——碳化硅晶圓的生長(zhǎng)溫度超過(guò) 2700℃，生長(zhǎng)速度至少比硅慢 200 倍，而且需要消耗大量能源。

相應(yīng)成本轉(zhuǎn)嫁到產(chǎn)品價(jià)格上是一步不小的投入。

氮化鎵的優(yōu)勢(shì)則在于，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(zhǎng)，還不到碳化硅的一半。

據(jù)了解，國(guó)產(chǎn)氮化鎵龍頭英諾賽科擁有全球量產(chǎn)8英寸硅基氮化鎵的平臺(tái)，相對(duì)于6英寸的平臺(tái)，8英寸單片晶圓器件可以增加80%，單顆產(chǎn)品就具備30%的成本優(yōu)勢(shì)。

此外，不論是熱效率、集成度還是功率密度，氮化鎵都遠(yuǎn)勝硅MOSFET。

但盡管有諸多好處，能夠量產(chǎn)氮化鎵仍然存在壁壘，一個(gè)重要的問(wèn)題在于設(shè)計(jì)鏈與供應(yīng)鏈的斷層。

如果想要垂直整合，就要從設(shè)計(jì)、制造、封測(cè)到銷(xiāo)售一條龍包辦，甚至自帶晶圓廠(chǎng)、封裝廠(chǎng)和測(cè)試廠(chǎng)，典型的如三星、英特爾、德州儀器等巨頭廠(chǎng)商。

如此下來(lái)，花費(fèi)不小，能不能賭對(duì)路線(xiàn)就成了關(guān)鍵，這是前幾年諸多廠(chǎng)商選擇路線(xiàn)的關(guān)鍵糾結(jié)點(diǎn)。

如果采用Fabless（無(wú)晶圓廠(chǎng)）模式，公司專(zhuān)注芯片設(shè)計(jì)，制造外包給Foundry，封測(cè)丟給OSAT，自己幾乎只管畫(huà)圖紙和數(shù)錢(qián)，這種“輕模式”吸引了不少早期玩家。

但代價(jià)是高度依賴(lài)代工廠(chǎng)，后者產(chǎn)能一緊張，立馬漲價(jià)斷供，且自有技術(shù)突破較慢。

要面包還是要玫瑰，成了兩難選擇。

03

IDM已有破局案例

當(dāng)前，國(guó)內(nèi)產(chǎn)業(yè)鏈堅(jiān)持IDM的廠(chǎng)商中，英諾賽科已經(jīng)走過(guò)了漫長(zhǎng)的投入期，近年來(lái)開(kāi)始異軍突起。

財(cái)報(bào)看，公司2024年銷(xiāo)售收入8.29億元，同比增長(zhǎng)39.8%，同時(shí)受益于銷(xiāo)售規(guī)?？焖倥噬a(chǎn)能利用率繼續(xù)提升，同時(shí)，截至2024年末，英諾賽科晶圓產(chǎn)能達(dá)1.3萬(wàn)片/月，2025年計(jì)劃將產(chǎn)能擴(kuò)充至2萬(wàn)片/月。

利潤(rùn)率方面，毛損率由2023年的-61.6%大幅縮減至2024年的-19.5%，提升42.1個(gè)百分點(diǎn)。全年交付晶片6.6億顆，出貨量增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)明顯。

IDM廠(chǎng)商本身是成本費(fèi)用高企，企業(yè)往往在初期需要面對(duì)重資產(chǎn)的折舊攤銷(xiāo)和固定運(yùn)營(yíng)費(fèi)用壓力，且要靜待市場(chǎng)端收入的緩慢增長(zhǎng)，英諾賽科本年度成本的迅速下降，也側(cè)面證明了公司運(yùn)營(yíng)模式正在走入成熟期。

另一邊，公司是全球首家量產(chǎn)8英寸硅基氮化鎵晶圓，量產(chǎn)能力為公司大量自主創(chuàng)新研發(fā)、新品應(yīng)用驗(yàn)證提供了得天獨(dú)厚的保障。

從公司專(zhuān)利數(shù)量來(lái)看，截至2024年末，公司擁有超過(guò)700項(xiàng)專(zhuān)利及專(zhuān)利申請(qǐng)，覆蓋芯片設(shè)計(jì)、制造工藝、可靠性等方面，僅就專(zhuān)利數(shù)量而言，量產(chǎn)催生質(zhì)變，制造能力讓公司的技術(shù)研發(fā)實(shí)力躍居行業(yè)前列。

從今年的業(yè)績(jī)表現(xiàn)看，隨著消費(fèi)電子領(lǐng)域的成功，英諾賽科已經(jīng)將市場(chǎng)鋒線(xiàn)深入數(shù)據(jù)中心、新能源汽車(chē)、人形機(jī)器人等前沿?zé)衢T(mén)應(yīng)用領(lǐng)域。

以最新推出的100V半橋氮化鎵功率芯片ISG3201為例，其適用于48V功率系統(tǒng)、電動(dòng)工具等高頻高功率場(chǎng)景。VGaN系列產(chǎn)品INN040W048A屬于全球首款雙向?qū)ǖ壠骷?，能夠?yīng)用于智能手機(jī)USB/無(wú)線(xiàn)充電端口。

當(dāng)前，汽車(chē)、工業(yè)、機(jī)器人三大市場(chǎng)需求猛漲，價(jià)格已經(jīng)超越了過(guò)去幾年單純比誰(shuí)更低的階段，更精細(xì)化的產(chǎn)品要求開(kāi)始倒逼更可控、更穩(wěn)定的供貨源。

這對(duì)產(chǎn)能建設(shè)、技術(shù)研發(fā)都提出了更嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)，IDM的優(yōu)勢(shì)也相應(yīng)更加凸顯，預(yù)計(jì)從今年開(kāi)始，進(jìn)入成熟期的英諾賽科也將成為客戶(hù)產(chǎn)品更新替代的重要周轉(zhuǎn)站。

04

尾聲

據(jù)珠海特區(qū)春節(jié)報(bào)道，英諾賽科2025年新年伊始便訂單激增，為保障客戶(hù)需求，英諾賽科春節(jié)不停工、不停產(chǎn)，保持高強(qiáng)度生產(chǎn)節(jié)奏。

數(shù)據(jù)中心的電費(fèi)賬單、電動(dòng)汽車(chē)的快速更迭、人形機(jī)器人的新關(guān)節(jié)，都是中國(guó)第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)狂飆的縮影。當(dāng)GaN成本降至硅的數(shù)倍，電動(dòng)車(chē)、機(jī)器人、AI服務(wù)器將更快“GaN化”。

重資產(chǎn)豪賭的回報(bào)正在兌現(xiàn)，萬(wàn)億級(jí)市場(chǎng)爆發(fā)前，能否承住需求將很快決定各家的排位。