從快充到數據中心 氮化鎵應用加速擴圍

AI浪潮驅動之下，數據中心和具身智能成為重要的應用落點。對於新材料氮化鎵（GaN）來説，在消費電子快充場景之外，其應用市場也由此正快速拓維。

近日，宜普電源轉換公司（EPC）首席執行官兼聯合創始人Alex Lidow接受21世紀經濟報道記者專訪時指出，隨着AI數據中心發展到更高密度階段，全球最大的AI服務器公司主動找到EPC公司尋求電源相關解決方案。AI浪潮持續演進，令數據中心逐漸成為氮化鎵一個重要的應用增長極。

第三方機構集邦諮詢分析認為，長遠來看，GaN功率半導體市場的主要動力將來自電動汽車、數據中心、電機驅動等場景，受此驅動，全球GaN功率元件市場規模預估從2023年的2.71億美元左右上升至2030年的43.76億美元，年複合增長率（CAGR）高達49%。

大廠已經開始蠢蠢欲動。21世紀經濟報道記者梳理發現，近兩年發生在氮化鎵領域的國際收併購案例增多，顯示出行業間已經開始在氮化鎵更多產業環節方面蓄力。

數據中心、人形機器人等領域，正為近年來顯得發展緩慢的氮化鎵市場打開更多增長空間。

Alex Lidow告訴21世紀經濟報道記者，從氮化鎵整體應用市場看，AI服務器會是增速很快的市場，對EPC公司來説，2024年來自服務器市場的收入預計相比2023年將實現三倍同比增速，到2025年相關收入也會三倍高於2024年。屆時，AI服務器就會是EPC公司最大的下游應用市場。

「高增速主要源於兩方面：隨着AI服務器功率密度持續提升，對電源轉換的需求將倍速增長，以英偉達GPU產品為例，一年前其功率密度是300W，在今年達到800W，下一年預計將達到1700W；此外有相關需求的公司也越來越多，上一年我們的所有客户只供貨英偉達，這一年他們開始供貨給AMD和中國互聯網頭部公司，下一年微軟、亞馬遜、Meta、谷歌等AI服務器中的DC-DC轉換器都將搭載我們的電源轉換產品。」他補充分析道。

集邦諮詢也分析道，在AI服務器高漲的需求下，每個數據中心機櫃的功率規格將從30~40kW推高至100kW，芯片功耗的大幅上升需要服務器擁有更高的功率密度和效能，GaN能夠降低損耗、提高功率密度，已被視為AI數據中心優化能源效率的關鍵技術之一，吸引了英飛凌、德州儀器（TI）、納微、英諾賽科等玩家加入佈局陣列。

據Alex Lidow介紹，中國市場對EPC來説，最大的場景同樣來自AI服務器，其次是激光雷達，人形機器人目前收入貢獻還幾乎為0，但未來潛力巨大。

集邦諮詢研究發現，由於自由度急劇上升，人形機器人對電機驅動器的需求量大幅增加，爲了獲得更高的爆發力，需要配置高功率密度、高效率、高響應的電機驅動器，GaN恰恰能夠滿足這些需求，還可以在熱管理、緊湊設計等方面提高人形機器人的整體性能，優化整體設計。

Alex Lidow對記者分析，「我們需要把資源放在更有戰略性的領域、選擇性佈局。比如雷達和AI服務器都是高價值場景，一旦產品中有一個器件失效，就會造成成千上萬的損失。選擇聚焦在利潤更高、難度更大的應用場景探索，是因為這類場景需要較長時間建立口碑和產品可靠性，后來者通常都需要一定時間追趕。」

伴隨應用場景逐漸擴大的，是國際功率半導體巨頭在收併購市場和資本市場的積極表現。

今年7月，格芯（GlobalFoundries）宣佈收購Tagore Technology的功率氮化鎵技術及知識產權組合，后者的工程師團隊將加入格芯。6月，瑞薩電子（Renesas）宣佈完成對氮化鎵功率半導體供應商Transphorm的收購，此后瑞薩加速推進氮化鎵相關功率產品和參考設計。

5月，Power Integrations宣佈與Odyssey達成收購協議，后者是氮化鎵技術開發商，Power Integrations技術副總裁Radu Barsan指出，希望推動MOSFET功率器件方面氮化鎵模塊和硅基模塊的成本進一步接近。

與此同時，行業格局已經在變化。2023年10月，英飛凌宣佈與GaN Systems簽署協議，以8.3億美元全現金交易的方式收購后者。這讓英飛凌在氮化鎵功率器件市場直接進入全球第五。

資本市場方面，納微半導體2021年在美股上市，中國廠商英諾賽科近日已經在港股發佈招股書計劃上市。

伴隨行業開始出現整合跡象，產業界公司的發展模式選擇后續或許也將有所變動。目前氮化鎵領域有IDM整合模式，也有代工+芯片設計合作模式，功率半導體大廠如英飛凌、意法半導體近些年都在加碼自建氮化鎵生產工廠。

集邦諮詢指出，從產業發展進程來看，Fabless（無晶圓廠，多指芯片設計）公司在過去一段時間里表現較為活躍，但隨着產業不斷整合以及應用市場逐步打開，未來傳統IDM大廠的話語權有望顯著上升，為產業格局的未來圖景帶來新的重大變數。

Alex Lidow則對21世紀經濟報道記者分析，在行業發展初期，倘若採用IDM模式，前期需要自建產能並一步步擴充，在此過程中會面臨較大的空置壓力。「EPC目前採用的是代工模式，我們只是晶圓廠產能供應的一部分。這可以更好進行成本控制。」他續稱，但倘若氮化鎵市場發展到現在的十倍規模以后，採用IDM模式將更為合理，因為彼時有更大規模的需求支撐產線需求，IDM模式將更符合商業邏輯。

此外，不少IDM功率半導體大廠對氮化鎵和碳化硅這兩類化合物半導體材料技術都態度積極，顯示出二者在該領域的廣闊空間。

Alex Lidow告訴記者，在功率器件市場，碳化硅會更多聚焦在600V以上市場，氮化鎵則主要聚焦在650V以下場景，因此二者在光伏逆變器、車載充電等領域會有一定交叉，但在大多數領域並不存在競爭關係。在650V功率市場，氮化鎵器件的典型應用場景就是各類快速充電、洗衣機和電視等電源轉換領域。

技術迭代方面，目前氮化鎵的應用多以硅或碳化硅作為襯底、採用氮化鎵作為異質外延。Alex Lidow告訴記者，氮化鎵襯底成本極其高昂，在1000V功率以下的應用市場，採用氮化鎵或硅材料作為襯底其性能差別實際並不大；只是在1000~2000V高壓領域，採用硅或氮化鎵襯底的性能纔會有顯著差別，但在該領域採用成本更低的碳化硅與用氮化鎵作為襯底的氮化鎵器件差別不大，因此以氮化鎵為襯底的氮化鎵器件也就沒有太大發展前途。

集邦諮詢認為，經過幾年的技術儲備，GaN相關廠商目前在消費電子增量市場、電動汽車、光儲充、數據中心等市場都取得了更多實質性進展。預計非消費類應用的比例將從2023年的23%上升至2030年的48%。