此前，東芝旗下的芯片制造商日本半導(dǎo)體大幅擴(kuò)產(chǎn)芯片，重點(diǎn)關(guān)注 SiC 和 GaN 芯片；隨后，芯片制造大廠臺(tái)積電對(duì) 6 英寸晶圓代工產(chǎn)能進(jìn)行調(diào)整，這一動(dòng)態(tài)再次將 GaN 推向風(fēng)口浪尖。

那么，臺(tái)積電的這則動(dòng)態(tài)究竟會(huì)給 GaN 市場(chǎng)帶來(lái)何種改變？

臺(tái)積電，調(diào)整 6、8 英寸產(chǎn)能

在先進(jìn)制程產(chǎn)能吃緊之際，臺(tái)積電正逐步淡出成熟制程與不具效益的產(chǎn)能布局，其中 6 英寸、8 英寸廠與 GaN 生產(chǎn)首當(dāng)其沖。

7 月初，臺(tái)積電就已確認(rèn)將在未來(lái)兩年停止其晶圓五廠的 GaN 生產(chǎn)，并將其改造為先進(jìn)封裝產(chǎn)線。臺(tái)積電是 GaN 晶圓代工的先行者，2014 年率先在 6 英寸晶圓廠引入這項(xiàng)技術(shù)，2015 年擴(kuò)大了 GaN 器件的生產(chǎn)范圍，2021 年又將生產(chǎn)拓展至 8 英寸晶圓廠。

據(jù)悉，中國(guó)競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手激烈的價(jià)格戰(zhàn)是促使臺(tái)積電戰(zhàn)略退出 GaN 領(lǐng)域的關(guān)鍵因素。由于 GaN 生產(chǎn)規(guī)模有限且利潤(rùn)微薄，該業(yè)務(wù)已不符合臺(tái)積電的戰(zhàn)略定位。

值得注意的是，臺(tái)積電的 GaN 業(yè)務(wù)主要在 6 英寸晶圓上進(jìn)行。隨著 GaN 業(yè)務(wù)的逐步退出，6 英寸晶圓代工也沒有太多「用武之地」。

金融服務(wù)機(jī)構(gòu) Anue 的數(shù)據(jù)顯示，臺(tái)積電目前 6 英寸 GaN 晶圓的月產(chǎn)能為 3000-4000 片，其中 Navitas 占據(jù)過半訂單，安可半導(dǎo)體（Ancora Semi）也是其主要客戶之一。

根據(jù)最新消息顯示，Navitas 已與中國(guó)臺(tái)灣代工廠力積電達(dá)成戰(zhàn)略合作。力積電將于 2026 年上半年開始生產(chǎn) 100V GaN 產(chǎn)品，使用 200mm 硅晶圓。未來(lái) 12-24 個(gè)月內(nèi)，Navitas 現(xiàn)有的 650V 器件訂單將從獨(dú)家代工伙伴臺(tái)積電逐步轉(zhuǎn)移至力積電。

目前已有電源 IC 設(shè)計(jì)公司表示，已經(jīng)收到臺(tái)積電口頭告知，臺(tái)積電將在 2027 年底結(jié)束最后一座 6 英寸廠營(yíng)運(yùn)，與其相關(guān)的高壓（HV）制程包含電源管理 IC (PMIC)、馬達(dá)驅(qū)動(dòng) IC、顯示驅(qū)動(dòng) IC 等需要承受較高電壓的芯片都將受影響。

在退出 6 英寸晶圓制造業(yè)務(wù)后，其閑置的廠區(qū)土地和廠房有望被重新利用。有分析認(rèn)為，臺(tái)積電很可能會(huì)將該廠址改造為先進(jìn)封裝廠，以支持其在 CoWoS 和 SoIC 等技術(shù)領(lǐng)域的擴(kuò)張。

此外，臺(tái)積電還表示將持續(xù)整并 8 英寸晶圓產(chǎn)能。

GaN，市場(chǎng)猛增

臺(tái)積電的這一系列動(dòng)態(tài)，正值 GaN 市場(chǎng)高速增長(zhǎng)的背景之下。這一反差使得行業(yè)對(duì) GaN 市場(chǎng)的未來(lái)格局更添關(guān)注。

GaN 作為第三代寬禁帶半導(dǎo)體核心材料之一，具有高擊穿場(chǎng)強(qiáng)、高飽和電子漂移速率、抗輻射能力強(qiáng)和良好的化學(xué)穩(wěn)定性等優(yōu)良特性，是制作寬波譜、高功率、高效率光電子、電力電子和微電子的理想材料。

TrendForce 集邦咨詢近日發(fā)布研究數(shù)據(jù)顯示，預(yù)計(jì) GaN 功率器件市場(chǎng)規(guī)模將從2024 年的 3.9 億美元攀升至 2030 年的 35.1 億美元，年復(fù)合增長(zhǎng)率達(dá) 44%。

GaN 技術(shù)最初在消費(fèi)電子產(chǎn)品的快速充電器中嶄露頭角，其高效率和高功率密度特性使得充電器體積大幅縮小，攜帶更為便捷。如今，GaN 的應(yīng)用范圍正在迅速擴(kuò)大，并朝著對(duì)可靠性和性能要求更高的高端工業(yè)和汽車領(lǐng)域滲透，重點(diǎn)潛力應(yīng)用包括AI 數(shù)據(jù)中心、人形機(jī)器人、汽車 OBC、光伏微型逆變器等。

在數(shù)據(jù)中心方面，數(shù)據(jù)中心對(duì)高速運(yùn)算和電力都有著龐大的需求。根據(jù) TrendForce 的數(shù)據(jù)，NVIDIA（英偉達(dá)）Blackwell 平臺(tái)將于 2025 年正式放量，取代既有的 Hopper 平臺(tái)，成為 NVIDIA 高端 GPU（圖形處理器）主力方案，占整體高端產(chǎn)品近 83%。在 B200 和 GB200 等追求高效能的 AI Server 機(jī)種，單顆 GPU 功耗可達(dá) 1000W 以上。

面對(duì)高漲的功率需求，每個(gè)數(shù)據(jù)中心機(jī)柜的功率規(guī)格將從 30-40kW 推高至 100kW，對(duì)于數(shù)據(jù)中心電源系統(tǒng)來(lái)說挑戰(zhàn)極大，而 GaN 與液冷技術(shù)的結(jié)合，將成為提升 AI 數(shù)據(jù)中心能效的關(guān)鍵。目前已有多家 GaN 廠商相繼宣布與英偉達(dá)建立了合作關(guān)系。

在人形機(jī)器人方面，其關(guān)節(jié)部位需要精確、響應(yīng)快速且結(jié)構(gòu)緊湊的電機(jī)控制系統(tǒng)，GaN 有望成為關(guān)鍵的解決方案之一。目前已有不少?gòu)S商陸續(xù)推出了基于 GaN 技術(shù)的人形機(jī)器人關(guān)節(jié)電機(jī)驅(qū)動(dòng)參考設(shè)計(jì)，期望實(shí)現(xiàn)緊湊高效的運(yùn)動(dòng)控制。

在汽車方面，GaN 正在成為繼 Si 和 SiC 之后重要的新興技術(shù)選項(xiàng)。隨著電動(dòng)車對(duì)更高功率和更高能效的需求不斷增長(zhǎng)，GaN 功率器件憑借其高開關(guān)速度和低損耗特性，為電動(dòng)汽車中的逆變器和 DC-DC 轉(zhuǎn)換器提供了理想解決方案。當(dāng)前市場(chǎng)上的許多高性能新能源汽車已經(jīng)開始采用基于 GaN 的晶體管和二極管。例如，800V 高壓平臺(tái)設(shè)計(jì)中的多級(jí) GaN 解決方案已經(jīng)取得顯著進(jìn)展，這將進(jìn)一步推動(dòng) GaN 技術(shù)在電動(dòng)汽車中的普及。

那么，這樣一個(gè)增長(zhǎng)趨勢(shì)良好的行業(yè)，晶圓代工巨頭臺(tái)積電為何會(huì)宣布停止 GaN 芯片代工呢？

原因主要有兩點(diǎn):

其一，GaN 芯片代工的技術(shù)門檻并不算高，主要聚焦 6 英寸與 8 英寸。在最近兩年，隨著 GaN 的火熱也迎來(lái)更多入局者。

其二，先進(jìn)制程晶圓代工生產(chǎn)才是臺(tái)積電的主線任務(wù)，并且產(chǎn)能回報(bào)率也遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于 GaN 代工。隨著 AI 芯片需求的爆炸式增長(zhǎng)，臺(tái)積電的產(chǎn)能調(diào)配決策體現(xiàn)了其"聚焦高附加值業(yè)務(wù)"的核心戰(zhàn)略。

GaN，誰(shuí)是領(lǐng)頭羊？

從襯底材料看，氮化鎵器件主要有四種技術(shù)路線：硅基氮化鎵 (GaN-on-Si)、藍(lán)寶石基氮化鎵 (GaN-on-Sapphire)、碳化硅基氮化鎵 (GaN-on-SiC) 和氮化鎵基氮化鎵 (GaN-on-GaN)。其中，硅襯底成本僅為碳化硅的 1/10，且可直接利用現(xiàn)有 8 英寸硅晶圓產(chǎn)線，硅基氮化鎵因此成為最具成本優(yōu)勢(shì)的技術(shù)路線。目前市面上主要的 GaN 器件企業(yè)大多采用 GaN-on-Si 方案。

在全球 GaN 功率器件市場(chǎng)上，當(dāng)前英諾賽科、美國(guó) Power Integrations、美國(guó)納微半導(dǎo)體 Navitas 和美國(guó) EPC 處于領(lǐng)先地位，中國(guó)英諾賽科已成為全球龍頭。根據(jù) Yole 研究數(shù)據(jù)顯示，2023 年全球 GaN 功率器件市場(chǎng)中，上述四家公司分別占據(jù) 31%、17%、16%、15% 的市場(chǎng)份額，其余幾家公司市占率分別為：GaN Systems 8%、英飛凌 4%、Transphor 3%、其他公司 6%。

其中，英諾賽科的 8 英寸 GaN 晶圓量產(chǎn)技術(shù)在行業(yè)內(nèi)具有絕對(duì)領(lǐng)先地位，是全球首家實(shí)現(xiàn)規(guī)模化量產(chǎn)的 IDM 廠商。通過自主研發(fā)的 3.0 代工藝平臺(tái)，單位晶圓芯片產(chǎn)出較 6 英寸提升 80%，芯片制造成本較行業(yè)平均水平降低 40%，良率穩(wěn)定在 95% 以上（行業(yè)平均 85-90%）。這一突破使 GaN 器件的規(guī)模化應(yīng)用成為可能。

近日，英諾賽科在港交所公告，已與 NVIDIA（英偉達(dá)）達(dá)成合作，聯(lián)合推動(dòng) 800 VDC（800 伏直流）電源架構(gòu)在 AI 數(shù)據(jù)中心的規(guī)模化落地。該架構(gòu)是英偉達(dá)針對(duì)未來(lái)高效供電兆瓦級(jí)計(jì)算基礎(chǔ)設(shè)施而專門設(shè)計(jì)的新一代電源系統(tǒng)，相比傳統(tǒng) 54V 電源，在系統(tǒng)效率、熱損耗和可靠性方面具有顯著優(yōu)勢(shì)，可支持 AI 算力 100—1000 倍的提升。

GaN，要超過 SiC？

GaN 的熱度，似乎要比 SiC 晚上 1~2 年。

在電力電子領(lǐng)域，隨著傳統(tǒng) Si 基器件難以滿足高頻、高壓、高溫場(chǎng)景需求。SiC 憑借寬禁帶、高擊穿電場(chǎng)與高熱導(dǎo)率特性，降低導(dǎo)通損耗；GaN 以高電子遷移率及獨(dú)特異質(zhì)結(jié)構(gòu)，減少開關(guān)損耗。

以英飛凌的 3kw 電源應(yīng)用中 SiC 與 GaN 的開關(guān)效率的對(duì)比為例：

在開關(guān)頻率超過 200K 之后，碳化硅的開關(guān)效率就會(huì)明顯下降，在達(dá)到目前主流的 500K 的 GaN 電源的頻率下，碳化硅的效率就會(huì)下降 1%。

在高溫高壓應(yīng)用，GaN便不如碳化硅，所以對(duì)比市面上的碳化硅和 GaN 功率管，基本都是以 600-800V 耐壓為分界線，GaN主流應(yīng)用在這個(gè)耐壓值以下的消費(fèi)市場(chǎng)，而碳化硅基本都在這個(gè)耐壓值以上的高價(jià)值市場(chǎng)。

因此可以看到，在目前的實(shí)際應(yīng)用中，SiC 與 GaN 的分工比較明確，互不干涉。

不過在部分重疊的應(yīng)用領(lǐng)域中，GaN 正成為更有力地選擇。

劍橋 GaN 設(shè)備公司技術(shù)營(yíng)銷總監(jiān) Daniel Murphy 表示：」在某些應(yīng)用中，GaN 可能是唯一的解決方案。例如，隨著人工智能處理器的激增，數(shù)據(jù)中心現(xiàn)在對(duì)功率的需求呈指數(shù)級(jí)增，這需要利用 GaN 功率器件的優(yōu)勢(shì)。」

關(guān)于成本問題，Daniel Murphy 表示，「GaN 已被證明是可靠的，早期圍繞設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)的問題已基本得到解決，隨著 GaN 技術(shù)的成熟，預(yù)計(jì)其價(jià)格將下降到與標(biāo)準(zhǔn)硅相媲美的水平。」Power Integrations 市場(chǎng)營(yíng)銷副總裁 Doug Bailey 也曾表示「GaN 器件的生產(chǎn)成本并不比硅器件高，因?yàn)樗梢允褂门c硅相同的生產(chǎn)線，只需進(jìn)行相對(duì)較少的修改。」

未來(lái)隨著 GaN 技術(shù)的逐步成熟，或許會(huì)給半導(dǎo)體市場(chǎng)帶來(lái)諸多難以想象的驚喜。

此外，如果 GaN 器件能成功提高漏源電壓，而又不削弱其目前巨大的制造優(yōu)勢(shì)，那么它很可能會(huì)擺脫目前主要在消費(fèi)電子產(chǎn)品 (例如 USB 充電器和 AC 適配器等) 中的地位，進(jìn)入 SiC 功率器件目前占主導(dǎo)地位的更大功率的應(yīng)用領(lǐng)域。

如今，已經(jīng)有制造商開始展示他們的 1700V GaN 解決方案。比如 Power Integrations 推出了 InnoMux-2 系列單級(jí)、獨(dú)立調(diào)整多路輸出離線式電源 IC 的新成員。該芯片采用 PI 專有的 PowiGaN 技術(shù)制造而成，支持更高母線電壓的使用，是業(yè)界首款 1700VGaN 開關(guān) IC，更是首個(gè)超過 1250V 的 GaN 器件。

廣東致能科技團(tuán)隊(duì)與西安電子科技大學(xué)廣州研究院/廣州第三代半導(dǎo)體創(chuàng)新中心郝躍院士、張進(jìn)成教授團(tuán)隊(duì)等合作，成功研發(fā)出首個(gè) 1700V GaN HEMT 器件。該器件在 6 英寸藍(lán)寶石襯底上實(shí)現(xiàn)，采用了廣東致能科技有限公司的薄緩沖層 AlGaN / GaN 外延片技術(shù)。這一成果發(fā)表在 IEEE Electron Device Letters 期刊上。

該 GaN HEMT 器件具有超過 3000V 的高阻斷電壓和 17Ω·mm 的低導(dǎo)通電阻，表現(xiàn)出優(yōu)良的性能。該技術(shù)的優(yōu)勢(shì)在于降低外延和加工難度、降低成本，使 GaN 成為 1700V 甚至更高電平應(yīng)用的有力競(jìng)爭(zhēng)者。

不過，現(xiàn)在談?wù)?GaN 是否會(huì)沖擊到 SiC 器件或許為時(shí)尚早，畢竟高壓及超高壓 GaN 功率器件的研究還處于相對(duì)早期。在當(dāng)前的半導(dǎo)體市場(chǎng)依舊呈現(xiàn)出 GaN 與 SiC 互補(bǔ)的格局，即「中低壓高頻看 GaN，高壓大功率靠 SiC」。