今天小編分享的科技經驗：低調的氮化镓，如何成為AI繞不過的關鍵，歡迎閱讀。
在過去幾年時間中，寬禁帶半導體成為市場熱點，與傳統的矽相比，基于氮化镓和碳化矽等新材料的晶體管可以大幅提高電源轉換器的效率，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、數據中心等領網域受到了青睐。
碳化矽因近年來新能源汽車的迅速發展而受到矚目，但它更側重于高壓應用，尤其是新能源紛紛上馬的 800V 電壓平台，成為了它最好的展示舞台。
而氮化镓相比之下就顯得低調許多了，此前大家了解到它，還是因為手機充電器的大範圍應用，但許多人并不知情的是，氮化镓正在成為 AI 產品中的不可缺少一環，包括 Chat-GPT 在内的各路大模型背後，少不了氮化镓的支撐。
關于這一點，半導體行業觀察此次專程采訪了宜普電源轉換公司（EPC）首席執行官兼聯合創始人 Alex Lidow，作為 20 世紀 70 年代矽功率 MOSFET 技術的共同發明人，他又是如何看待如今氮化镓市場的呢？
為何氮化镓成為焦點？
氮化镓是如何與 AI 產生聯系的，這件事還要從它的特性說起。
前面提到的碳化矽固然能在 800V 以上的高壓平台上大顯神通，但它也有自己的局限性。首先就是成本難題，要在碳化矽制造領網域站穩腳跟，需要專用于碳化矽的昂貴設備：碳化矽晶圓的生長溫度超過 2700 ℃，生長速度至少比矽慢 200 倍，而且需要消耗大量能源。
形成鮮明對比的是，氮化镓基本上可以使用與矽加工相同的設備，其中氮化镓外延晶片可以在其各自的基板上以 1000 至 1200 ℃ 的溫度生長——而這還不到碳化矽的一半。
除此之外，與碳化矽和矽相比，氮化镓器件在相同的額定電壓下，每部門面積的導通電阻值要低得多，這也使得氮化镓芯片和其封裝尺寸能夠做到更小。且由于氮化镓器件開關快，因此在可實現更高的開關頻率、縮小無源元件的情況下，不需要依靠機械散熱，就可以實現更小更輕的解決方案。
總而言之，就是在性能不變的情況下，氮化镓功率器件能夠更小更輕。
Alex Lidow 也談到了氮化镓的優良特性，他表示，不論是熱效率、集成度還是功率密度，氮化镓都遠勝矽 MOSFET，已是近兩年功率器件發展的一大趨勢。
而在許多廠商所顧忌的價格上，Alex Lidow 以 EPC 的 100V 氮化镓晶體管為例，" 實際上，低壓氮化镓器件的價格一直與矽 MOSFET 相差無幾，" 他說到，" 和具有類似導通電阻的矽 MOSFET 進行價格對比，它們的價格處在中遊，由于它的優良性能，反而凸顯出了性價比。"
氮化镓的這些特性讓它在擅長的領網域中表現出了驚人潛力。Yole Group 的報告指出，盡管 2023 年整個半導體行業下滑約 8.2%，但功率氮化镓收入卻增長了 41%，其指出，這一增長勢頭将在 2024 年繼續，增幅達 45%，到 2025 年将加速至 65%，預計 2023-2029 年期間收入将以 46% 的復合年增長率 ( CAGR ) 增長。
值得一提的是，如此高的增長速度之下，氮化镓的市場應用前景依舊非常廣闊。
從數據中心，到航天衛星
在談到氮化镓的市場應用時，Alex Lidow 提出了一個很有意思的觀點，即現在的氮化镓正處于 1988 年 MOSFET 所處的位置，行業即将被颠覆的臨界點。
MOSFET 當初是如何取代最早的雙極晶體管的，作為 MOSFET 技術的共同發明人，經歷了市場幾十年來變化的 Alex Lidow，顯然是最有發言權的專家之一。
他回憶道，MOSFET 的第一個發展臨界點來自于台式電腦，蘋果和 IBM 都采用了基于 MOSFET 的 AC-DC 電源，而後，用于高速繪圖儀的電機驅動器和防抱死制動系統也開始廣泛應用 MOSFET，這些應用迅速推動了 MOSFET 的普及。
"1988 年，得益于更高的產量和大量的資本投資，MOSFET 的生產成本已低于雙極晶體管，市場格局被徹底颠覆，"Alex Lidow 說到，"MOSFET 正式達到了臨界點，而這也正是氮化镓如今所處的位置。"
台式電腦催生出了新的市場，最終推動了 MOSFET 取代雙極晶體管，而氮化镓想要取代 MOSFET，又可以從哪些應用方向着手呢？
首當其衝的當然是前文就已經提到過的 AI，事實上，包括 AI 數據中心在内的基礎設施市場，有望成為未來幾年氮化镓最重要的增長來源，原因很簡單，AI 推動了對數據中心的發展，數據中心的規模迅速膨脹，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，包括數據中心在内的基礎設施市場所需器件的平均銷售價格 ( ASP ) 将高于消費設備的平均銷售價格，未來有望進一步拉高氮化镓市場的收入。
Alex Lidow 表示，目前全球各地正處于 AI 市場快速發展的初期階段，特别是在 AI 電源供應方面，每塊英偉達 GPU 都需要一個氮化镓電源模塊，光是今年，EPC 就已經生產了超過 100 萬個 AI 電源模塊。
" 這僅僅是開始，不止是英偉達，AMD、阿裡巴巴、谷歌、微軟、亞馬遜和 Meta 等公司都在建設 AI 伺服器，AI 技術發展越快，氮化镓應用的市場前景就越廣闊。" 他說道。
除了 AI 市場以外，還有兩個氮化镓應用的重要領網域，分别是是新能源汽車和人形機器人。
盡管目前在 700V 以上的市場，碳化矽的使用更加主流，但在 700V 之下，氮化镓幾乎成了最優解，尤其是受電動汽車熱潮及其對車載充電器和 DC-DC 轉換器的需求推動，氮化镓技術也有望大批量進入汽車市場。
據了解，汽車廠商已經在激光雷達中使用氮化镓，預計未來需求将繼續擴大，Yole Group 預測，到 2029 年，汽車和移動出行領網域的氮化镓收入可能超過 7.5 億美元。
Alex Lidow 在采訪中提到，目前宜普的氮化镓技術被廣泛應用于自動駕駛汽車的激光雷達傳感器中，同樣也用于人形機器人的激光雷達傳感器。此外，人形機器人中的電機數量可達 40 個，這些電機也依賴于宜普的氮化镓技術。
" 在人形機器人中，我們的氮化镓技術無處不在，例如機器人的眼睛是激光雷達系統，而激光雷達幾乎都使用氮化镓，除此之外，機器人的電機也需要高扭矩和高效率，而氮化镓技術也可以提供更高的效率。" Alex Lidow 說道。
目前激光雷達技術已不再僅限于自動駕駛汽車，還擴展到了無人機、智能城市和倉庫等多個領網域，在可預見的未來，每一個激光雷達背後都意味着一個氮化镓電源模塊，其市場之廣闊可見一斑。
除了以上幾大應用之外，消費電子領網域仍然是氮化镓最大的應用市場之一，采用氮化镓技術的快速充電器已經成為了相當成熟的一種產品，氮化镓在這一市場中，正在逐步擴展至家用電器電源和智能手機的過壓保護裝置之中。
不難發現，與近一年來屢次受挫的碳化矽相比，氮化镓擁有着更高的增長潛力，我們相信，伴随着技術的繼續發展，氮化镓的應用也會愈發廣闊，能在在寬禁帶半導體這一領網域中拿下更多市場份額。
未來可期的氮化镓
如今，我們談及氮化镓發展時，已經繞不開由 Alex Lidow 所創辦的宜普，作為氮化镓功率器件廠商中的翹楚，不僅在技術上占據着先發優勢，也在市場中表現出了強大的競争力。
"GaN 正成為那些渴望保持領先地位公司的首選技術，" Alex Lidow 在接受采訪時表示。" 我們于 2010 年 3 月開始量產首批氮化镓系列器件，比該領網域的其他公司都要早，還率先在 2014 年推出了增強型技術和氮化镓功率 IC。"
而在市場方面，從收入結構看，截至 2024 年第三季度，宜普有約 50% 收入來自 DC-DC（電源轉換），30% 來自雷達，20% 來自電機；從應用市場看，宜普約 25% 收入來自 AI 伺服器、25% 來自航空航天、30% 來自汽車電子，剩下 20% 則涵蓋消費電子、工業等應用。
值得一提的是，由于近年來中國對于各種新技術的應用程度非常快，其中許多新產品都用到了氮化镓器件，因而中國市場在宜普的發展規劃中也占據了非常重要的地位。Alex Lidow 表示：" 從區網域來看，我們在美國和中國的業務規模相當大，中國市場對我們尤為重要，因為它對新技術的接受速度非常快。"
盡管氮化镓技術才剛剛起步，僅在過去幾年才開始投入商業化，但它對比傳統的矽器件已經表現出了無可争議的優越性，其未來一片光明，宜普作為這一市場的最早參與者之一，勢必要争一争鳌頭。
Alex Lidow 對此表現得非常自信，"EPC 的氮化镓器件擁有市場上最高的性能，沒有競争對手能夠與我們的效率匹敵，" 他說到，" 我們每年都在改進產品，并且改進速度比競争對手快得多，只要技術保持領先，那麼我們能保證競争中的優勢。
