GaN Systems：复合增长率97%，GaN将迎来甜蜜点
来源:第三代半导体风向发布时间:2023-02-161364浏览
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过去一年，产业领袖企业是如何抓住历史机遇勇立潮头？2023年，他们又将如何迈出新时代步伐？为此，行家说三代半、行家极光奖联合策划了《产业领袖开年说——2023，全力奔跑》专题报道，本期嘉宾是GaN Systems副总裁庄渊棋。
接下来，还将有更多的领军企业参与“行家开年说”，敬请期待。
行家说三代半：2022 年，贵公司在产品、技术等方面有哪些新的突破？2023 年会有哪些新规划？庄渊棋：回顾 2022 年，GaN Systems 积极耕耘新能源车、数据中心、工业及消费电子等目标市场，领导氮化镓功率半导体在目标市场的应用落地。透过与客户紧密合作，持续推出将引领行业变革、重新定义电力系统与能源之间关系的氮化镓功率晶体管产品，为电力电子系统创造破坏性创新机会。GaN Systems 以拥有业界最广产品组合著称，但这项领先优势没有减缓我们研发创新的脚步。在 2022 年，我们推出多项氮化镓功率晶体管产品，为市场带来更高性能且更具经济效益的氮化镓功率半导体解决方案。其中，GS-065-018-2-L 是一款 650V、18A、78mΩ的底部冷却氮化镓功率晶体管，此款晶体管产品具有更低的导通电阻、更高的稳健性和热性能， VDS （瞬态）额定值可达850V，非常适用于 100W-800W 电源适配器、消费电子及工业用电源、LED 驱动器、无桥图腾柱 PFC 电路和电机驱动器。采用行业标准的 8×8 mm PDFN 封装，为研发设计工程师带来更高的灵活性及成本效益，设计符合市场需求的产品。当笔记本电脑或家用游戏机之轻薄易携带的外型尺寸与重量，成为消费者购买决策的关键考虑点之一，GS-065-018-2-L 便成为首选解决方案，使电源产品达到更低功率耗损及更高额定功率。另外两款与GS-065-018-2-L 互补的产品为 GS-065-011-2-L 及 GS-065-030-2-L，前者为650V、11A、150mΩ增强型氮化镓晶体管，帮助客户在 45W 至 150W 功率的应用产品中，降低每瓦交付功率的成本；而后者支援 650V、30A、50mΩ，为市面上第一款能够让设计人员在高达 3000W 功率级别的电源供应器设计中获得成本优势的氮化镓晶体管。除晶体管产品组合外，GaN Systems 去年也针对消费电子市场推出完整氮化镓充电器参考设计，涵盖从 65W 到 250W 功率级别，满足客户不同设计需求、加快设计周期，领先市场推出更小、更轻、更强大且更高效率的氮化镓充电器。其中一款 250W AC/DC 氮化镓充电器参考设计，不仅成功缩减一半尺寸，更达到超高功率密度(16W/in3) 及高达96%峰值效率的卓越表现。2022年对GaN Systems来说是成长的一年，我们再度扩展亚太营运据点，在深圳成立办事处，不仅提供亚太区的客户更实时且在地化的服务，更突显我们深耕亚太市场决心。放眼国际，我们也积极拓展北美及欧洲业务，位于加拿大渥太华企业总部营运规模也较前一年成长3倍之多。有鉴于各行业客户都积极寻求能源转换效率革新的创新解决方案，展望 2023 年，GaN Systems将持续运用长期累积的行业知识与经验，更深化与客户及供应链的合作关系，持续投入新产品研发创新，引领行业解决传统硅基功率半导体在物理特性上的限制，紧扣目标市场需求，帮助客户发展更具经济及永续效益的氮化镓解决方案。行家说三代半：2022年贵公司备受产业和市场的认可，也获得了“行家极光奖”，能否谈谈贵公司能够脱颖而出的优势有哪些？庄渊棋：最完整产品组合：GaN Systems完整产品线包含100V 650V增强型氮化镓功率晶体管、支持电流从4A到150A，满足不同应用市场对提升能源转换效率与系统尺寸微缩的需求。同时，透过多年累积客户成功案例，GaN Systems提供丰富设计资源，包含应用手册、评价套件及参考设计，我们专业的应用工程团队，从产品开发阶段便与客户密切合作，提供产品面到系统面的一站式解决方案，帮助客户加快设计周期、缩短上市时间。高可靠度认证：GaN Systems以JEDEC及AEC-Q101为基础，与汽车、工业及高可靠应用（HiRel）市场客户密切合作，发展AutoQual+车用等级验证方法，确保极低器件失效率（FIT）。我们已累积丰富实际应用案例在消费电子、新能源车、数据中心、工业、再生能源等应用市场。专利布局：GaN Systems专利孤岛（Island Technology）技术解决成本/尺寸挑战；专利GaNPX嵌入式封装技术克服中高功率应用中的散热挑战。
GaN Systems的氮化镓功率晶体管产品不仅在消费电子产业已做出实绩，受到包含戴尔（Dell）、三星（Samsung）、雷蛇（Razer）等国际手机、笔电大厂皆采用采用；在车用、数据中心、工业及航天等高可靠（HiRel）市场布局更是领先业界，与一线车厂宝马（BMW）、丰田（Toyota）、Vitesco Technologies策略合作，加速氮化镓功率半导体的利基应用落地。
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GaN Systems在亚洲及全球皆已强劲成长动能持续扩大营运规模，于2021年德勤北美快速成长企业排行榜（Deloitte Technology Fast 500）中排名第266位，以485%的增长率在半导体领域排名第一。GaN Systems不仅领导氮化镓功率半导体解决方案的创新，帮助客户达到脱碳目标，同时致力于第三代半导体人才永续，持续投资教育、推动电力电子技术创新研发，开创更节能、更低碳的新能源技术及产品。GaN Systems连续八年与中国电源学会和合肥工业大学共同举办“GaN Systems Cup”高校电力电子应用设计大赛，鼓励更多年轻工程师投入氮化镓功率半导体领域。行家说三代半：2022年整个产业还面临哪些压力和挑战？2023年，我们如何应对这些挑战？庄渊棋：半导体作为现代数字经济时代的基石，其重要性将逐渐超越石油，成为各国政府顶级战略资产。2022年最火的产业关键词，便属「缺货」和「地缘政治紧张」，为维持芯片供货稳定，全球政府纷纷出台政策牛肉，吸引更多半导体公司投资设厂，半导体产业将一摆过去集中于少数地区而逐渐迈向区域化多元发展。2023年，在市场修正下，半导体供不应求情形缓解，但仍有部分应用芯片及器件将维持供不应求情形，如功率半导体及模拟IC交货期仍较预期长。供应链管理及多元布局将成为半导体业者的决胜点，如何在巩固现有客户的交期之余，点燃创新之火，突破技术瓶颈，创造新的利基点，将是关键。行家说三代半：第三代半导体的应用边界持续地拓宽和深化，已经被“嵌入”更丰富的应用场景中。您对当下的市场规模、竞争格局以及产业趋势有怎样的解读？庄渊棋：随市场对更高性能、更高效率的电力电子产品的需求持续呈现指数增长，第三代半导体正逐步从利基市场迈向主流市场。相较于传统硅基功率组件，第三类化合物半导体—碳化硅、氮化镓具备耐高温、耐大电压、快速作动等特性，可广泛运用于高功率、高频和高温电子电力系统。无论是GaN或SiC，分别有其甜蜜点，但在其交界边缘也存在一些重叠与竞争，客户将针对不同的产品特性及任务剖面(Mission profile)，选择最适合功率器件。以电压来看，GaN组件通常应用于跨50V至900V电压范围，而SiC组件则用于1200V以上的应用。另外，开关频率也影响组件性能，尤其当开关频率超过120KHz，GaN的优势明显大于硅及SiC。
SiC发展较早，故市场接受度较大，因此我们看到比较多的SiC应用实现。然而，SiC组件仍需克服成本及产能问题，SiC衬底昂贵，生长条件严苛，长晶速度缓慢，要做出经济规模需要大量资本投资；反观之下，GaN衬底取得没有困难，制程所需的新设备投资较少，因此在大部分设备账面价值已经完全摊提的情况下，GaN在产能及成本上较SiC更具优势。我们也同步观察到GaN制程正逐渐从6吋往8吋推进。GaN的发展起步虽较晚，但我们已经看到GaN 无论在产能、成本、器件可靠度上皆透过不断验证与经验累积而有所突破，且GaN的性能离理论峰值，仍有很大的进步空间。即使硅基组件仍是低功耗、低电压应用的可行选择，在中高功率、电压应用中，第三代半导体仍具绝对优势。无论是SiC或GaN，功率半导体已成为电动车、数据中心等高成长市场持续发展，实现节能脱碳，所不可或缺的核心零组件，半导体厂将持续提高对第三代半导体的投资扩产，预测2023年功率半导体供应链将更为活络。尤其在禁售内燃机引擎车辆的时程逐步逼近，我们认为化合物半导体在电动车的采用将加速，特别是GaN在车载充电器(OBC)的应用。行家说三代半：快速增长的新能源市场对第三代半导体提出了更多需求，贵司在该领域采取了哪些策略？在市场应用方面有哪些进展？庄渊棋：能源转换效率及系统尺寸微缩对新能源车、数据中心、消费电子等市场尤为重要。GaN Systems积极布局这些利基市场，并保有业界领先优势。在新能源车应用市场，GaN Systems受电动车新创公司Canoo采用，也是目前唯一进入量产阶段的车载充电器氮化镓功率器件供货商。Canoo的客户包含沃玛(Walmart)及美国陆军。在数据中心应用市场，GaN Systems与徐州金沙江半导体合作，首次于互联网数据中心(Internet data center)中进行氮化镓电源供应架构的现场实测，预期节省20%左右能耗。GaN Systems与xFusion 超聚变合作推出业界第一款功率密度达100W/in3的数据中心电源供应器，效率达到80 Plus 钛金等级(96%)；与Intel供货商SoluM合作推出最高输出功率达2700W、效率达到80 Plus钛金等级，巅峰效率近 99%的电源供应器，实现82W/in3功率密度，帮助数据中心降低10-25%系统成本。在消费电子市场，GaN Systems氮化镓功率晶体管不仅广泛被用于手机、笔电大功率充电器，为企业创造多赢局面，在降低产品碳足迹的同时，提升产品能源效率，并减少所需零组件。除此之外，GaN Systems联手音讯模拟/混和讯号音频技术创新公司Axign，推出1000W D类音频放大器参考设计，克服高功率音频放大器的发热及效率问题，运用氮化镓功率组件在开关频率及开关耗损的卓越表现，使音频系统维持低温度运作，音频设计人员可以移除散热器设计，同时以高功率为高阶音响系统处理高分辨率音源，实现高音质表现。
行家说三代半：能否为我们展望一下2023年第三代半导体行业的发展前景？庄渊棋：电汽化(Electrification) 、数字化(Digitalization)及净零永续(Sustainability) 三大全球趋势将持续加速氮化镓功率半导体产业成长及应用落地。根据研调机构Yole的预估氮化镓功率半导体市场将快速成长，于2027年达20亿美元。氮化镓高频开关、宽能隙及卓越热性能，将在那些能源相关性高的产业中扮演更举足轻重的角色，成为解决硅器件目前瓶颈的理想替代方案。随2025年欧美国家将禁售燃油车，各大车厂也积极转型，电动车市场成长幅度将更为急速，研调机构Trendforce预估，全球电动车新车销售量将超过3800万辆，占全球汽车销售约40%。在俗称的电动车三电——车载充电器(OBC) 、DC/DC电源转换器、牵引逆变器应用中，氮化镓功率半导体应用将迎甜蜜点。氮化镓功率半导体在400V电力系统的应用比重将逐渐提升，多阶电流转换器(Multilevel Converter)在800V电力系统的应用也将进入验证阶段。电动车将是GaN的下一个主战场，Yole预估GaN在车用市场将以97%复合成长率于2027年达3亿美元市值。除汽车外，我们也预测，GaN的应用将更加延伸扩展至电动机车、自行车、及滑板车等轻型交通工具中。
净零的急迫性也促使碳排大户数据中心积极寻找更高效率的电源管理方案。各国政府所颁布规范数据中心能耗效率的相关法规将陆续于2023年生效，例如EU Eco Design Lot 9 要求电源能耗效率由94%提升至96%；中国《物联网新型基础设施建设三年行动计划》限制新建数据中心能源运用效率(PUE)需低于1.3；由Facebook、Intel等IT产业巨头所创立的『开放运算计划(Open Computing Project) 』也重新定义对服务器及数据中心电源供应器尺寸的规格标准，较原先缩减30%。在机柜空间不变但运算能力需提升的前提下，缩减电源供应器的尺寸同时提升功率密度便成解方。氮化镓功率组件的高开关频率能有效提高电源供应器功率密度，且减少磁性零组件的需求，进而缩减尺寸。以30个服务器搭配10个电源供应器的机柜配置为例，采用氮化镓功率组件将能优化配置为34个服务器搭配6个电源供应器的配置，进一步帮助数据中心减少营运及资本成本，延迟建置更多大型数据中心的投资。在运算效能提升、能耗下降的情况下，每10个机柜每年约可增加近300万美元的获利。净零不仅是数据中心的当务之急，消费电子品牌也同样面临脱碳挑战，包含苹果(Apple)目标于2030年前达碳中和；戴尔(Dell)也目标于2030年减少50%温室气体排放。充电效率在消费电子产品的永续及可携带性上扮演重要角色，采用氮化镓技术的充电器，在开发制造过程中能减少零组件材料及稀缺资源的使用，减少约40-50%系统尺寸，搭配回收再利用的材料更能大幅减低产品碳足迹。氮化镓功率半导体不仅将持续重写消费市场对快充的定义，采用氮化镓功率组件的音响系统也将以更轻薄的外型、更卓越的音质表现持续渗透家用、汽车及船舶等不同音讯市场，同时氮化镓功率组件在家用电器、大屏幕电视、电动脚踏车、电动工具等新兴应用机会也将浮现。其他人都在看：
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