GaN（氮化镓）和SiC（碳化硅）同为性能优异的宽禁带半导体材料，二者在击穿电场、高温性能、高功率处理能力以及化学稳定性等方面存在共同之处，但相比之下，GaN在开关频率和能效上更加突出，因此更适合高频应用领域，有助于实现高效功率转换、减少开关损耗、降低热耗散、缩小元件尺寸等。按应用划分，GaN主要面向光电子、射频通讯、功率半导体三大应用领域，对应消费电子、无线通信、数据中心、汽车、航空航天、国防军工等细分场景。其中，光电子是GaN最快普及的应用，至今已有很多年的发展历史，但GaN真正“火”起来是在近几年的功率半导体市场，并首先崛起于消费电子快充应用。根据TrendForce集邦咨询《2024全球GaN Power Device市场分析》数据显示，2020年全球GaN功率半导体市场规模为0.5亿美金，至2022年成长至1.8亿美金，年复合增长率约53%。其中，2022年的市场规模相比2021年大幅增长了125%。
人形机器人事实上，不止AI数据中心服务器，更多新兴市场正在为GaN产业注入活力，如今年发展一样如火如荼的人形机器人等电机驱动产业。人形机器人的系统主要由传感系统、控制系统、电机系统以及电池系统四部分构成，而GaN的“用武之地”包括激光雷达系统、电机控制器、DC-DC转换器及电池BMS。其中，电机驱动扮演关键角色。TrendForce集邦咨询研究显示，由于自由度急剧上升，人形机器人对电机驱动器的需求量大幅增加，为了获得更高的爆发力，需要配置高功率密度、高效率、高响应的电机驱动器，而GaN能够满足这些需求，还可以在热管理、紧凑设计等方面提高人形机器人的整体性能，优化整体设计。据悉，西门子、安川电机、Elmo等已经在机器人电机中导入了GaN技术，而GaN产业链也正摩拳擦掌。据集邦化合物半导体了解，TI、EPC、Transphorm、英诺赛科、纳微、能华微等正在推动GaN于电机驱动领域的应用。其中，Transphorm已为安川电机的新型伺服电机提供了GaN FET 产品。TrendForce集邦咨询表示，未来的机器人定会超乎想象，而精确、快速和强大的运动能力是其中之关键，驱动其运动所需的电机也势必随之进步，GaN将因此受益。综合当前厂商频繁的动作来看，AI数据中心、人形机器人等新兴产业无疑引燃了GaN市场，相关厂商多年的储备和积累可望加快变现。譬如，英飞凌预估来自AI电源领域的营收将在2025财年实现同比翻番，同时将在2-3年内突破10亿欧元。
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GaN功率半导体产业提速，谁将占据龙头宝座？
短期而言，消费电子市场仍将是功率GaN的主舞台，并且，家电、智能手机等更多消费电子应用正在为GaN提供新的发展空间。但长期而言，电动汽车、数据中心等将成为GaN更重要的增长引擎。 据TrendForce集邦咨询最新报告《2024全球GaN Power Device市场分析》显示，长远来看，GaN功率半导体市场的主要动力将来自电动汽车、数据中心、电机驱动等场景，受此驱动，全球GaN功率元件市场规模预估从2023年的2.71亿美金左右上升至2030年的43.76亿美金，年复合年增长率（CAGR）高达49%。其中，非消费类应用的比例预计将从2023年的23%上升至2030年的48%。足见，电动汽车、数据中心、电机驱动等应用动能强劲，GaN功率半导体市场未来可期，这也侧面解释了英特尔（Intel）、台积电（TSMC）等集成电路赛道的大厂同样青睐GaN的原因。其中，英特尔去年底就透露已集成CMOS硅晶体管与GaN功率晶体管，用于高度集成的48V设备。从区域市场层面观察，GaN正在吸引更多的战略投资。以中国香港为例，该地在7月底启动了首条超高真空GaN外延片中试线，由香港科技园公司与GaN外延技术商麻省光子技术(香港)有限公司联合于7月底举行了启动仪式，麻省光子技术预计将在香港投资至少2亿港元，带动当地化合物半导体产业发展。可以预见，未来会有更多玩家和资金涌入GaN功率半导体领域，而市场竞争也将逐步激烈化。然而，市场格局目前扑朔迷离，未来谁能占据龙头宝座仍是未知数。TrendForce集邦咨询指出，从产业发展进程来看，Fabless（无晶圆厂）公司在过去一段时间里表现较为活跃，但随着产业不断整合以及应用市场逐步打开，未来传统IDM大厂的话语权有望显著上升，为产业格局的未来图景带来新的重大变数。当前，从商业模式划分，GaN玩家包括英飞凌、瑞萨（Transphorm）等传统综合型的IDM（集成器件制造）大厂，PI、纳微、EPC等Fabless设计厂，英诺赛科、能华微等专业型IDM厂。在消费电子应用仍占大比重的背景下，英诺赛科占据较大的市场份额，加上其努力推广工业应用，整体市占率位居前列。据TrendForce集邦咨询数据显示，2023年GaN功率半导体市占率前五大厂商分别是英诺赛科、PI、纳微、EPC、英飞凌。而数据中心、电机驱动、电动汽车、光伏逆变器等更高功率的应用对厂商的集成整合能力以及产业链协同效应等各方面提出了更高的要求，因此，英飞凌、瑞萨、TI等传统IDM厂商，以及TI等在这方面的优势将逐步显现。据集邦化合物半导体观察，作为全球最大的功率半导体以及车用半导体厂商，目前英飞凌正在充分发挥和融合Si、SiC以及GaN的独有优势，技术创新与集成能力以及综合成本优势有望逐步凸显。Fabless厂商中，纳微也在发挥其在SiC、GaN以及驱动技术的集成能力和协同优势，筑高自身的竞争壁垒。而英诺赛科、能华微等专业型厂商技术专注度高、创新速度快、决策链条短、市场灵活性高，能够以深厚的技术积累，适时调整产品线和业务战略，快速响应GaN市场新需求。综合而言，不同模式下的厂商实力与水平各有千秋，布局策略和发展路线也有所不同，目前在新兴应用赛道上各方都处于前期起跑蓄力阶段，胜负未分。不过，英飞凌、TI等厂商今年明显向GaN倾注了更多资源，均展现出勇夺龙头宝座之势。未来，GaN功率半导体的“天平”将倾向哪一方？答案或许将随之市场的打开逐步揭晓。
集邦化合物半导体 陈佳纯
TrendForce集邦咨询推出《2024全球GaN Power Device市场分析》，聚焦全球市场发展，重点分析供应链各环节发展情况及主要厂商动态。以下为报告目录：
