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GaN 是近日半导体市场的热点词汇之一。
此前，东芝旗下的芯片制造商日本半导体大幅扩产芯片，重点关注 SiC 和 GaN 芯片；随后，芯片制造大厂台积电对 6 英寸晶圆代工产能进行调整，这一动态再次将 GaN 推向风口浪尖。
那么，台积电的这则动态究竟会给 GaN 市场带来何种改变？
01
台积电，调整6、8英寸产能
在先进制程产能吃紧之际，台积电正逐步淡出成熟制程与不具效益的产能布局，其中6英寸、8英寸厂与GaN生产首当其冲。
7月初，台积电就已确认将在未来两年停止其晶圆五厂的GaN生产，并将其改造为先进封装产线。台积电是GaN晶圆代工的先行者，2014年率先在6英寸晶圆厂引入这项技术，2015年扩大了GaN器件的生产范围，2021年又将生产拓展至8英寸晶圆厂。
据悉，中国竞争对手激烈的价格战是促使台积电战略退出GaN领域的关键因素。由于GaN生产规模有限且利润微薄，该业务已不符合台积电的战略定位。
值得注意的是，台积电的GaN业务主要在6英寸晶圆上进行。随着GaN业务的逐步退出，6英寸晶圆代工也没有太多“用武之地”。
金融服务机构Anue的数据显示，台积电目前6英寸GaN晶圆的月产能为3000-4000片，其中Navitas占据过半订单，安可半导体（Ancora Semi）也是其主要客户之一。
根据最新消息显示，Navitas已与中国台湾代工厂力积电达成战略合作。力积电将于2026年上半年开始生产100V GaN产品，使用200mm硅晶圆。未来12-24个月内，Navitas现有的650V器件订单将从独家代工伙伴台积电逐步转移至力积电。
目前已有电源IC设计公司表示，已经收到台积电口头告知，台积电将在2027年底结束最后一座6英寸厂营运，与其相关的高压（HV）制程包含电源管理IC (PMIC)、马达驱动IC、显示驱动IC等需要承受较高电压的芯片都将受影响。
在退出6英寸晶圆制造业务后，其闲置的厂区土地和厂房有望被重新利用。有分析认为，台积电很可能会将该厂址改造为先进封装厂，以支持其在CoWoS和SoIC等技术领域的扩张。
此外，台积电还表示将持续整并8英寸晶圆产能。
02
GaN，市场猛增
台积电的这一系列动态，正值GaN市场高速增长的背景之下。这一反差使得行业对GaN市场的未来格局更添关注。
GaN作为第三代宽禁带半导体核心材料之一，具有高击穿场强、高饱和电子漂移速率、抗辐射能力强和良好的化学稳定性等优良特性，是制作宽波谱、高功率、高效率光电子、电力电子和微电子的理想材料。
TrendForce集邦咨询近日发布研究数据显示，预计GaN功率器件市场规模将从2024年的3.9亿美元攀升至2030年的35.1亿美元，年复合增长率达44%。
GaN技术最初在消费电子产品的快速充电器中崭露头角，其高效率和高功率密度特性使得充电器体积大幅缩小，携带更为便捷。如今，GaN的应用范围正在迅速扩大，并朝着对可靠性和性能要求更高的高端工业和汽车领域渗透，重点潜力应用包括AI数据中心、人形机器人、汽车OBC、光伏微型逆变器等。
在数据中心方面，数据中心对高速运算和电力都有着庞大的需求。根据 TrendForce 的数据，NVIDIA（英伟达）Blackwell 平台将于 2025 年正式放量，取代既有的 Hopper 平台，成为 NVIDIA 高端 GPU（图形处理器）主力方案，占整体高端产品近 83%。在 B200 和 GB200等追求高效能的 AI Server 机种，单颗 GPU 功耗可达 1000W 以上。
面对高涨的功率需求，每个数据中心机柜的功率规格将从 30-40kW 推高至 100kW，对于数据中心电源系统来说挑战极大，而 GaN 与液冷技术的结合，将成为提升 AI 数据中心能效的关键。目前已有多家GaN厂商相继宣布与英伟达建立了合作关系。
在人形机器人方面，其关节部位需要精确、响应快速且结构紧凑的电机控制系统，GaN有望成为关键的解决方案之一。目前已有不少厂商陆续推出了基于GaN技术的人形机器人关节电机驱动参考设计，期望实现紧凑高效的运动控制。
在汽车方面，GaN正在成为继Si和SiC之后重要的新兴技术选项。随着电动车对更高功率和更高能效的需求不断增长，GaN功率器件凭借其高开关速度和低损耗特性，为电动汽车中的逆变器和DC-DC转换器提供了理想解决方案。当前市场上的许多高性能新能源汽车已经开始采用基于GaN的晶体管和二极管。例如，800V高压平台设计中的多级GaN解决方案已经取得显著进展，这将进一步推动GaN技术在电动汽车中的普及。
那么，这样一个增长趋势良好的行业，晶圆代工巨头台积电为何会宣布停止 GaN 芯片代工呢？
原因主要有两点:
其一，GaN芯片代工的技术门槛并不算高，主要聚焦6英寸与8英寸。在最近两年，随着GaN的火热也迎来更多入局者。
其二，先进制程晶圆代工生产才是台积电的主线任务，并且产能回报率也远远高于GaN代工。随着AI芯片需求的爆炸式增长，台积电的产能调配决策体现了其"聚焦高附加值业务"的核心战略。
03
GaN，谁是领头羊？
从衬底材料看，氮化镓器件主要有四种技术路线：硅基氮化镓(GaN-on-Si)、蓝宝石基氮化镓(GaN-on-Sapphire)、碳化硅基氮化镓(GaN-on-SiC)和氮化镓基氮化镓(GaN-on-GaN)。其中，硅衬底成本仅为碳化硅的1/10，且可直接利用现有8英寸硅晶圆产线，硅基氮化镓因此成为最具成本优势的技术路线。目前市面上主要的GaN器件企业大多采用GaN-on-Si方案。
在全球GaN功率器件市场上，当前英诺赛科、美国Power Integrations、美国纳微半导体 Navitas和美国 EPC 处于领先地位，中国英诺赛科已成为全球龙头。根据Yole研究数据显示，2023 年全球GaN功率器件市场中，上述四家公司分别占据31%、17%、16%、15%的市场份额，其余几家公司市占率分别为：GaN Systems 8%、英飞凌4%、Transphor 3%、其他公司6%。
其中，英诺赛科的 8 英寸 GaN 晶圆量产技术在行业内具有绝对领先地位，是全球首家实现规模化量产的 IDM 厂商。通过自主研发的 3.0 代工艺平台，单位晶圆芯片产出较 6 英寸提升 80%，芯片制造成本较行业平均水平降低 40%，良率稳定在 95% 以上（行业平均 85-90%）。这一突破使 GaN 器件的规模化应用成为可能。
近日，英诺赛科在港交所公告，已与NVIDIA（英伟达）达成合作，联合推动800 VDC（800伏直流）电源架构在AI数据中心的规模化落地。该架构是英伟达针对未来高效供电兆瓦级计算基础设施而专门设计的新一代电源系统，相比传统54V电源，在系统效率、热损耗和可靠性方面具有显著优势，可支持AI算力100—1000倍的提升。
04
GaN，要超过SiC？
GaN的热度，似乎要比SiC晚上1~2年。
在电力电子领域，随着传统Si基器件难以满足高频、高压、高温场景需求。SiC凭借宽禁带、高击穿电场与高热导率特性，降低导通损耗；GaN以高电子迁移率及独特异质结构，减少开关损耗。
以英飞凌的3kw电源应用中SiC与GaN的开关效率的对比为例：
在开关频率超过200K之后，碳化硅的开关效率就会明显下降，在达到目前主流的500K的GaN电源的频率下，碳化硅的效率就会下降1%。
在高温高压应用，GaN便不如碳化硅，所以对比市面上的碳化硅和GaN功率管，基本都是以600-800V耐压为分界线，GaN主流应用在这个耐压值以下的消费市场，而碳化硅基本都在这个耐压值以上的高价值市场。
因此可以看到，在目前的实际应用中，SiC与GaN的分工比较明确，互不干涉。
不过在部分重叠的应用领域中，GaN正成为更有力地选择。
剑桥GaN设备公司技术营销总监Daniel Murphy表示：”在某些应用中，GaN可能是唯一的解决方案。例如，随着人工智能处理器的激增，数据中心现在对功率的需求呈指数级增，这需要利用GaN功率器件的优势。”
关于成本问题，Daniel Murphy表示，“GaN已被证明是可靠的，早期围绕设计挑战的问题已基本得到解决，随着GaN技术的成熟，预计其价格将下降到与标准硅相媲美的水平。”Power Integrations市场营销副总裁Doug Bailey也曾表示“GaN器件的生产成本并不比硅器件高，因为它可以使用与硅相同的生产线，只需进行相对较少的修改。”
未来随着GaN技术的逐步成熟，或许会给半导体市场带来诸多难以想象的惊喜。
此外，如果GaN 器件能成功提高漏源电压，而又不削弱其目前巨大的制造优势，那么它很可能会摆脱目前主要在消费电子产品(例如USB充电器和AC适配器等)中的地位，进入SiC功率器件目前占主导地位的更大功率的应用领域。
如今，已经有制造商开始展示他们的1700V GaN解决方案。比如Power Integrations推出了InnoMux-2系列单级、独立调整多路输出离线式电源IC的新成员。该芯片采用PI专有的PowiGaN技术制造而成，支持更高母线电压的使用，是业界首款1700VGaN开关IC，更是首个超过1250V的GaN器件。
广东致能科技团队与西安电子科技大学广州研究院/广州第三代半导体创新中心郝跃院士、张进成教授团队等合作，成功研发出首个1700V GaN HEMT器件。该器件在6英寸蓝宝石衬底上实现，采用了广东致能科技有限公司的薄缓冲层AlGaN / GaN外延片技术。这一成果发表在IEEE Electron Device Letters期刊上。
该GaN HEMT器件具有超过3000V的高阻断电压和17Ω·mm的低导通电阻，表现出优良的性能。该技术的优势在于降低外延和加工难度、降低成本，使GaN成为1700V甚至更高电平应用的有力竞争者。
不过，现在谈论GaN是否会冲击到SiC器件或许为时尚早，毕竟高压及超高压GaN 功率器件的研究还处于相对早期。在当前的半导体市场依旧呈现出GaN与SiC互补的格局，即 “中低压高频看 GaN，高压大功率靠 SiC”。
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