EPC创始人：GaN临界点已到来

近日，EPC宜普科技公司CEO及创始人Alex Lidow对外发表了一篇文章，旗帜鲜明地提出——GaN临界点已到来。

“行家说三代半”原文翻译，供大家参考，也为一年一度的第三代半导体“行家瞭望”栏目打头阵，参与我们的采访请添加许若冰微信：hangjiashuo999。

GaN 功率晶体管正处于一个临界点。在这个临界点上，任何微小的变化或动作都会产生重大且不可逆转的影响，GaN器件的未来已经到了势不可挡的地步。

这一转捩点首次出现在GaN晶体管量产十几年后。自EPC公司于2010年3月开始生产GaN 晶体管以来，它们一直被誉为老旧硅MOSFET的替代品。在14年后的今天，我们已经看到“GaN终将击败硅”的豪言壮语正在兑现。

要了解GaN未来的采用率变化，我们可以着眼于硅基MOSFET器件45年的历史，正所谓“以史为镜，可以知兴替”。

我（Alex Lidow）对硅基MOSFET器件非常熟悉，因为我是它的首批开发者之一，也是1978年11月推出首款硅基MOSFET产品的重要参与者。而在彼时，双极晶体管是主流的功率晶体管。尽管速度比MOSFET慢10倍，但它便宜得多。

从结果来看，MOSFET最终击败了双极晶体管，“先进生产力取代了落后生产力”。然而，这个改朝换代的过程并非“一朝一夕之故”，是得益于一次一个应用成果的势能叠加，积跬步成千里。

MOSFET取代双极晶体管的第一个转捩点来自于台式电脑，苹果和IBM两家标杆巨头率先使用了基于MOSFET的AC-DC电源，其背后的驱动力是通过采用当时更先进的MOSFET，将电源缩小到足以装入台式机外壳之中，这一技术突破也对电脑的广泛采用起到了至关重要的作用，MOSFET与电脑之间可以说是互相成就，“既以与人，己愈多”。

MOSFET在PC电脑实现单点爆破之后，继续在高性能应用领域开疆拓土，同时专注于降低成本并加快学习曲线。最初工程师采用MOSFET需要较长时间，但每当新应用成功推广时，就会出现跳跃式的增长。随着每个应用突破新的临界点，MOSFET就会形成以点带面的拉动效应，从而缩短时间并增加后续成功的可能性——1982年基于MOSFET的高速绘图仪电机驱动器开始规模推广，1985年基于MOSFET的防抱死制动器规模推广。

到了1988年，由于MOSFET产量增加，以及大量资本的涌入，MOSFET的制造成本已降至比双极晶体管还低。从那时起，开弓没有回头箭，这种取代已成摧枯拉朽之势。也就在那时， MOSFET正式达到了大规模商用的临界点，而这正是GaN如今所处的位置。

GaN现在已在多项颠覆性技术中得到采用，以至于新设计甚至不再考虑采用硅MOSFET。

GaN的每一种新应用都可以被视为跨越了单独的临界点。而GaN正在不断扩大的应用市场包括激光雷达、快速充电器、卫星电子设备、人工智能、DC-DC电源和人形机器人。

凭借近50年的功率半导体行业经验，我们可以确定，目前有4个关键因素正在确保GaN达到临界点，并最终在超越硅MOSFET方面发挥至关重要的作用。除了成本、性能和可靠性之外，这4个因素还包括：

• 知名度：设计工程师对GaN的巨大价值已经了然于胸；

• 天时：目标终端应用正面临着不断变化的环境，这给予了GaN许多开放的设计窗口；

• 地利：终端应用标杆企业正在推动采用GaN，并且正在享受GaN所带来的商业成功；

• 人和：行业出现了训练有素的技术人才，他们能够充分有效地发挥GaN的优势和价值。

对于 GaN 技术而言，激光雷达提供了第一个跨越临界点的应用场景。这一成功背后的简单原因是：GaN的开关速度比MOSFET快得多。Velodyne公司富有远见的创始人及现代激光雷达之父Dave Hall洞若观火，最早充分意识到GaN技术可使雷达比汽车传感器比看得更远、分辨率更高。为此，Hall在开发旋转激光雷达系统就率先使用了EPC的第一代GaN晶体管，这一举动也间接加速了自动驾驶汽车的诞生。

套用前面提到的临界点4大元素来分析GaN在激光雷达领域受欢迎的原因，可以得出以下结论：

• 知名度：Dave Hall对 GaN 带来的巨大价值有着清晰的认识；

• 天时：随着激光雷达成为自动驾驶汽车必不可少的传感器，它开辟了许多新的设计窗口；

• 地利：Velodyne的GaN激光雷达取得了巨大的成功，吸引了大量客户，同时大量的竞争对手跟进采用GaN；

• 人和：Dave Hall获得了EPC工程师协助，知道如何从这些晶体管中提取最大性能。

GaN达到临界点的第二个应用是卫星电源。GaN不仅性能优于 MOSFET，而且几乎不会因为太空辐射影响而导致性能下降，帮助达到这一临界点的关键人物是VPT公司CEO兼创始人 Dan Sable。截至目前，GaN 晶体管在卫星电源领域仅部署4年，但已经蚕食了卫星MOSFET 器件30%的市场份额，并且随着传统设计变得过时或不经济，GaN晶体管有望吃掉最后的 70%市场蛋糕。

GaN 的第三个转捩点是快速充电器。这方面的佼佼者是纳微半导体的CEO兼联合创始人 Gene Sheridan。如今，几乎所有的快速充电器都使用GaN，因为它能够提供高功率，为耗电的手机、平板电脑和笔记本电脑充电，所需时间仅为硅基充电器所需时间的一小部分。

继前3大市场成功规模化商用后，GaN现在再一次站在了最重要的转捩点之上：人工智能。

GaN在人工智能服务器（例如英伟达的服务器）领域已跨过一个关键门槛——几乎所有服务器都在板载48V -12V（或5V）的DC-DC转换器中使用GaN。

当然，人工智能革命的全面影响才刚刚开始被人们所理解，但另一个应用临界点——人形机器人则不可忽视。

这些机器人配备了40个或更多的高性能电机，为此严重依赖 GaN 技术来实现更高的扭矩密度、更高的功率效率、更低的噪音和更紧凑的设计。这一系列要求使得硅器件成为了过时黄花，而GaN则星光璀璨。

通过回顾前面具体的成功案例，我们可以看出GaN的临界点正在以更快的速度和更高的频率出现。再次套用临界点4大元素：

• 知名度：就像MOSFET当时的情况一样，每一项新的终端应用发展都在向其他终端用户群体宣传GaN的独特价值，并加速它在其他市场中的必然应用。

• 天时：随着GaN带来的每一次新的积极体验和商业成功，全球范围内的采用和实施正在不断增加，这创造了越来越多的设计窗口机会。

• 地利：出现了新的GaN拥护者和新的资金来源。

• 人和：在过去几年中，数千名经过培训的设计和制造工程师已经提升了学习曲线，现在知道如何提取GaN的额外效率。

除了这些因素之外，GaN被证明比硅更可靠，适用于各种功率等级，而且价格与MOSFET相当。由于所有这些令人信服的因素，GaN的采用必然会加速，逐步蚕食120亿美元的硅基MOSFET市场，同时创造自己的新市场。

总之，GaN的临界点已经到来，星辰大海，奔赴而来。

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