被快充带火的GaN或大规模应用于数据中心、电动汽车

近几年，第三代半导体GaN快速发展，根据衬底材料的不同，GaN主要分为几类：Si基GaN，目前主要应用在功率期间中，也逐渐被部分射频器件采用；蓝宝石衬底GaN，主要应用在LED上，应用已经非常成熟，SiC基GaN，主要应用在基站的射频器件上，比如华为、中兴，GaN基产品则主要用在一些高能量的激光器件上。

目前GaN在充电、快充等消费类的应用比较火爆，并逐渐引入到数据中心等工业领域，以及电动汽车的应用中，未来市场空间无限，根据Yolo的数据，2020年氮化镓功率器件市场大概是46百万美元，预计到2026年将增长到11亿美元，复合年增长率高达69%。

被快充带火之后，GaN应用开始拓展到数据中心、电动汽车等领域

在前不久英诺赛科技举办的硅基氮化镓产业发展峰会上，爱集微副总经理杨建荣谈到，上个世界90年代，其实就有一些企、机构开始研发GaN产品，不过一直到2008年后，丰田宣告准备在汽车上采用GaN和SiC，开始点燃了化合物半导体的热潮，GaN的发展热度也直线上升，在2012年左右到达顶点的时候，EPC发布了低压GaN功率器件，Transpherm发布了高压GaN功率器件，台积电也发布6英寸GaN代工，IMEC发布8英寸硅基氮化镓技术，可以看到当时相当多的企业进入这个市场。

然而因为GaN对功率、外延等的要求非常高，而那时候GaN功率器件的稳定性和生态都没有发展完善，后来发展出现极具下滑，在这个阶段其实也有一些动作，2014年左右英飞凌收购IR，2015年左右Navitas推出600V 氮化镓芯片，在2015年底的时候，这一波GaN的发展跌倒谷底。

不过GaN仍然是被认为很有潜力的技术，英诺赛科技正是在谷底的2015年成立的，进过几年缓慢上升的发展，直到2020年2月份，小米10 的发布会把GaN充电器带火，同年9月份，国家把GaN列入十四五规划，今年4月份，IMEC还宣布推出工作典雅可达到1200V的硅基GaN外延片，GaN产业进入即将爆发的前夕。

功率GaN的应用场景主要包括消费类、工业类和电动汽车类。消费类主要是超小型电源适配器，另外还有笔记本、手机等里面都可以采用GaN，比如手机里面有可能会用到10颗以上DC-DC，包括这些所有在内的电源器件都可以转换成GaN；工业类现在已经开始应用在服务器、电源、光伏等产品中；电动汽车上的应用也开始多起来，包括OBC、DC-DC等。

目前来看650V的应用相对来说比较多，比如充电头，900V左右的产品也开始慢慢的被采用，上个IMEC还推出1200VGaN外延片，说明GaN的适用范围在不断的扩大。

目前快充可以说是GaN最为大家熟知的应用产品，2019年4月香港电子展上，就有8款氮化镓充电器新品参展，2020年2月小米10发布会，雷军展示了氮化镓技术，推出65W快充，直接拉升了氮化镓快充的热度，氮化镓快充的热度也深入到消费者心里。据统计，截止到上个月底，国内已经推出近20款30W 氮化镓充电器，代表氮化镓开始向中低端普及。这预示氮化镓已经基本打开了快充市场。

GaN在数据中心的应用可以说相当有优势，传统的Si电源机柜，差不多需要10个电源供应30个服务其，而GaN电源因为能量密度比较高，不仅小，而且6个电源可以带动34个服务器，数据中心本来场地费就非常高，如果能够把能量密度提升，便能腾出更多的空间放置服务器，不仅解决了成本问题，而且还非常节约，GaN在数据中心的应用未来一定有很好的发展。

GaN在电动汽车上的应用也相当被看好，汽车上的48V-12V DC-DC、OBC 、traction Inverter等都可以用到大量的GaN器件，可以看到近几年不少汽车在引入GaN的应用，2019年东京车展，名古屋大学和丰田共同开发了全氮化镓的汽车，牵引逆变器、DC-DC、车载充电器和LED照明等都用的GaN，近期也可以看到不同的机构和厂商针对车推出不少GaN方案，包括意法半导体、安世、IMEC和TI等。

GaN企业的模式主要有IDM和Fabless，比如英飞凌、TI、ST、松下、安森美、PI、英诺赛科等都是IDM，EPC、Dialog、Navitas等则是Fabless模式，从成本和毛利率来看，IDM的经营模式会更具优势，比如6寸硅基氮化镓，不含封装成本下，硅衬底占比比较低，大概是5-8%，外延和衬底占到整个成本的9成，其中氮化镓外延片占比40-50%，氮化镓器件占比45-55%，如果只是Fabless厂商，器件和外延都需要外包，整个的毛利水平就比较底，所以业界认为，IDM的模式可以有更高的毛利率。

GaN处在爆发前夕，除了快充还有五大杀手级应用

当前GaN投资大热，到底是泡沫还真的是爆发前夕？第三代半导体产业技术创新战略联盟秘书长于坤山表示，可以从两个方面来看，五年前来看，GaN的投资很小，当时很多企业很艰难，处于维持和生存的状态，现在投资很大，去年包括碳化硅和氮化镓在内的整个第三代半导体产业投资，一共有23项投资，总投资额约为694亿，其中碳化硅550亿，氮化镓相关的投资是144亿元。

虽然现在看起来很多，五年之后再回头来看其实并不多，到时候投资可能会增加到10倍，对于GaN的发展，现在建设工厂，投资只是起步，未来还需要更多的投资维持产业的继续发展，于坤山认为，要共建产业生态、打造应用方案、跨越鸿沟，意味着需要巨大的资源投入，而且还需要包括政府的政策支持、产业资本的投入，以及其他更多相应的标准配套等等，整体而言，从发展的眼光来看，GaN未来的发展空间更大，投资人、从业者、以及联盟等未来的发展空间也会更大。

爱思强总裁宋伟从设备厂商的角度分享了GaN功率器件的市场情况，爱思强是全球主流的硅基GaN MOCVD设备的生产厂商，市占率超过90%。宋伟谈到，目前GaN这个市场处于供不应求的状态，据他们了解，现在欧美主流设计公司面临的困境是，没有足够产能支持市场的发展，这些设计厂商严重依赖台积电等代工厂提供产能。硅基GaN实际上正处在爆发的前夕，单从快充这个产品的应用来看就供不应求，因为设计公司产能远远不够，今年年初台积电宣布大规模的扩产计划，并宣布要采购16台MOCVD扩充产能，不过从采购设备到产能能够供应到市场，还需要相当长一段时间。

快充普及，但GaN迎来真的杀手应用了吗？充电头网站长姚伦慧表示，可以肯定，快充是一个非常大的杀手级应用，全球大约有50亿台终端设备需要快充，这是一个非常大的市场，由很多产品组成，比如手机，每年大概出货量有数十亿台，平板电脑，每年有1-2亿台出货量，笔记本电脑，maintain有大约一亿台出货量，现在快充已经融入到生活的方方面面。

除了快充，应该至少还有五大杀手级应用，每个市场没每年大概有千亿颗级别的出货量，总共每年就有上亿颗级的出货量。第一个是PC市场，游戏的充电本和办公用电脑等都是GaN的重要应用市场，每个PC本大概需要用到数十颗以上的GaN；第二个是电单车的充电器，电单车的充电器很大，对体积和效率的要求比较高，这是一个值得关注的市场；第三个是替代燃油发电机的户外电源市场，因为现在国家推行油改电，因为户外的电源通常需要用到逆变的电路，双向逆变市场会是GaN另一个杀手级应用；第四个是锂电池的保护电路；第五个是对体积、厚度有非常高要的显示器。因此这些和快充一起组成了6个杀手级应用。

GaN用于快充仅仅是小试牛刀，未来还有非常大的应用空间，于昆山表示，主要是基于这几个方面的考虑，一是GaN技术还在进步，现在应用比较普遍的是650V，后续700V、800V、1200V的应用也将会逐渐普及，随着电压提升，性能、导通电阻再下降，现在GaN达到的技术还仅仅是第一步，未来GaN的应用空间将会更大。

二是国家正在发力碳达峰、碳中和，国家的战略举措也将会提升新技术的应用过去式，从家电企业来看，根据此前调研的一家家电企业，一年就需要采购100亿元人民币的电源模块，这家企业自己可以提供10亿元的产品，剩下90亿元的电源模块基本由外资提供，这仅仅是一家企业，如果拓展到所有电器行业，包括数据中心、电动汽车、能源互联网等，市场空间可想而知将有多大，两碳战略将会催生巨大的GaN市场。

三是快充的应用相当于是GaN材料技术应用的引领者，正是因为快充的应用，极大的带动了GaN产业链的发展，在这样的引领下，GaN产业生态将会逐渐完善，各方面的应用也会随之走向成熟。