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自去年以来，氮化镓（GaN）功率半导体市场可谓热闹非凡。英飞凌、瑞萨电子、格芯等头部大厂纷纷开始并购GaN技术公司，强化在GaN领域的技术储备。虽然GaN在快充领域应用已经日渐成熟，但随着新兴产业如电动汽车、人工智能、机器人等逐渐发展，对更高功率更低能耗的要求，将促发氮化镓器件逐渐取代传统硅基器件，氮化镓在这些高价值场景的商业化应用渐次铺开，也因此驱使半导体大厂在氮化镓领域纷纷积极布局。
GaN有何优势？
作为第三代半导体的代表，氮化镓（GaN）是由氮和镓组成的极其稳定的化合物半导体，也称为宽禁带半导体材料，具有更高的击穿强度、更快的开关速度、更高的导热效率、高电子漂移速度和迁移率、更低的导通电阻，可以实现优异的散热性能、更低的能耗、更小的器件体积。
在制造方面，GaN晶体可以在各种衬底上生长，包括蓝宝石、碳化硅（SiC）和硅（Si）。在硅上进行GaN外延层生产可以使用现有的硅制造设施，从而无需使用高成本的特定生产设施，而且可采用低成本、大直径的硅晶片。
氮化镓的这些特性，使其可以广泛应用于高功率器件、5G射频、微波电子器件、发光二极管（LED）领域，相比硅基器件、乃至第二代半导体材料（比如砷化镓GaAs）拥有更出色的性能优势。
GaN行业掀起并购潮，未来或出现更多整合
近年来，氮化镓技术的价值越发受到半导体厂商的重视，开始积极参与该领域的竞争，期望通过布局抓住功率器件新的增长契机。
2023年3月，英飞凌宣布将以8.3亿美元收购加拿大GaN技术厂商GaN Systems，双方已签署最终协议。这也是目前为止行业内金额最大的一笔收购。英飞凌还将斥资20亿欧元扩大在马来西亚居林和奥地利菲拉赫工厂的氮化镓和碳化硅芯片的产能。英飞凌功率和传感器系统总裁怀特表示，英飞凌特别看好氮化镓（GaN）芯片。该公司预测，到2027年，氮化镓芯片市场将以每年56%的速度增长。
2024年6月20日，汽车芯片大厂瑞萨电子宣布已完成对GaN功率半导体全球供应商Transphorm的收购。根据协议，瑞萨子公司将以每股5.10美元现金收购Transphorm所有已发行普通股，该公司估值约为3.39亿美元。随着收购的完成，瑞萨电子将立即开始提供基于GaN的功率产品和相关参考设计，以满足对宽禁带半导体产品日益增长的需求。
2024年7月，晶圆代工大厂格芯（GlobalFoundries）宣布收购Tagore Technology的功率GaN技术及知识产权组合，后者的工程师团队将加入格芯。格芯表示，此次收购扩大了公司的电源IP产品组合，并拓宽GaN IP的获取渠道。
行业内普遍认为，未来氮化镓企业将更多转向IDM模式，即覆盖从设计到制造的全产业流程，从而更好借助规模化和产业协同的效应推动商业化发展。这也意味着，半导体大厂如果想要尽快开展相关布局，最佳的方法即是整合现有成熟GaN功率半导体企业，借助已有专利和成熟产品迅速进入该领域。
GaN市场前景广阔，多种场景全面“开花”
行业内的并购兴起，一定程度上也反映出半导体大厂对氮化镓技术应用前景看好。早在2010年3月，EPC就交付了第一款商用eGaN FET。目前，氮化镓已经在智能手机、家电等消费电子市场领域拥有较高渗透率，正在加速向高功率的工业、服务器及汽车市场发展。
自2023年生成式人工智能（AI）爆发以来，AI服务器的需求大涨。而高性能的AI服务器也对服务器电源功率密度、能效提出了更高的要求。
数据中心采用GaN功率器件不仅可以实现更高功率规格，更可以减少功率转换中带来的能耗，据估计，如果现在全球采用硅器件的数据中心都升级为氮化镓器件，那么全球数据中心的能源浪费将减少30至40%，相当于减少了1.25亿吨的二氧化碳排放。
另外，人形机器人由于运动模式更为复杂，它的电机驱动需要更高的功率密度、效率和响应速度，氮化镓能够更好地满足这些需求。
正因如此，多家氮化镓厂商如TI、英飞凌以及EPC等推出了针对AI服务器和人形机器人的产品。例如EPC已经在数据中心电源系统上累计了数十亿小时的现场经验，针对数据中心推出了40余款产品，帮助工程师减少产品的上市时间和开发成本。今年4月，EPC推出了针对机器人领域电机驱动的EPC9193，帮助实现更高精度的控制以及更大的扭矩。
电动汽车是另外一个氮化镓大有可为的市场。随着汽车电动化、自动驾驶等技术的发展，汽车对于功率器件的转换效率要求也越来越高，而电池系统从400V平台向800V平台迁移，也带动了众多汽车功率器件开始转向具备更耐高压、更高功率的材料。
虽然目前电动汽车大多在高压场景下应用碳化硅器件，但是氮化镓在速率和效率方面相对于碳化硅具有显著优势。特别是在高频应用方面，氮化镓因为具有较高的电子迁移率和较低的损耗而表现出色。因而在电动汽车内优势领域与碳化硅呈现互补态势。
EPC联合创始人兼首席执行官Alex Lidow认为，氮化镓技术将主要在以下四个方面推动车载系统的发展，也即车载信息娱乐系统DC-DC转换、无刷直流汽车电机、激光雷达、以及48V轻混动力（MHPV）汽车。作为率先开发出车规级氮化镓技术的企业之一，EPC在去年2月就推出了80V、通过AEC-Q101认证的GaN FET EPC2252，为设计人员提供比硅基MOSFET更小和更高效的解决方案，可用于车规级激光雷达、48V/12V DC/DC转换和低电感电机驱动器。
作为MOSFET技术的共同发明者，Alex 表示硅基器件已经走到了技术极限，而新兴的氮化镓技术则来到了发展的临界点，工程师在已经成熟的应用场景当中认识到了氮化镓的价值，从而推动氮化镓进入更多领域。
市场研究机构Yole Group 的报告《功率氮化镓（2024 年版）》预计，得益于氮化镓在汽车和服务器等高端应用场景中的应用，到 2029 年功率GaN市场规模将超过 25 亿美元。
面对需求兴起带来的商机，GaN厂商显然也在采取行动，通过各种技术路线抓住机会，满足市场需求。据悉，本月底在深圳举办的PCIM Asia 2024将会汇聚包括长飞先进半导体、英飞凌、EPC等国内外一线GaN厂商，他们将展出最新的产品组合，同时揭示氮化镓领域的最新趋势。PCIM是专注电力电子器件产业链的世界级综合性展会。EPC届时将展出最新一代的GaN FET和IC，作为业内全面的基于氮化镓的电力转换解决方案，其产品涵盖了针对AI服务器、自动驾驶以及人形机器人场景等的应用。英飞凌则将通过3大展区（绿色能源与工业、电动交通和电动出行、高能效与智能家居）展示120多件展品。
编辑：芯智讯-浪客剑
