在當(dāng)今快速發(fā)展的電子領(lǐng)域，氮化鎵(GaN)技術(shù)正憑借其卓越的性能，在眾多應(yīng)用市場(chǎng)中嶄露頭角，其普及率在近年來得到了顯著提升。據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，全球 GaN 功率元件市場(chǎng)規(guī)模預(yù)估從 2023 年的 2.71 億美元左右上升至 2030 年的 43.76 億美元，年復(fù)合增長率(CAGR)高達(dá) 49%。GaN System 中國區(qū)總經(jīng)理林志彥表示，服務(wù)器電源、電動(dòng)車(EV)以及無線充電將是驅(qū)動(dòng) GaN 快速成長的三大關(guān)鍵市場(chǎng)。

一、服務(wù)器電源：高效節(jié)能的新選擇

在數(shù)據(jù)中心，服務(wù)器的電源效率一直是業(yè)界關(guān)注的重點(diǎn)。以 Google、亞馬遜(Amazon)、微軟(Microsoft)等為代表的系統(tǒng)業(yè)者，過去普遍采用 12V 的電源架構(gòu)，但為了提升電源使用效率、降低損耗以節(jié)省電費(fèi)成本，如今紛紛轉(zhuǎn)向 48V 的電源設(shè)計(jì)架構(gòu)。采用 48V 轉(zhuǎn) 1V 的設(shè)計(jì)模式，服務(wù)器電源系統(tǒng)和主板電源系統(tǒng)首先要克服的就是切換損耗問題。

GaN 器件具備高開關(guān)速度、低損耗的特性，恰好成為解決這一問題的首要選擇。例如，臺(tái)達(dá)作為全球最大的服務(wù)器電源供應(yīng)商，市占率近 5 成，其服務(wù)器電源的功率密度在過去 10 年里由 33.7W/in3 上升至 100.3W/in3，功率等級(jí)也從較低水平發(fā)展到了 3.2kW 甚至 5.5kW，而下一代預(yù)計(jì)將達(dá)到 8kW 以上。在這一進(jìn)階過程中，GaN 技術(shù)發(fā)揮了重要作用。

英飛凌指出，將液冷技術(shù)與 GaN 相結(jié)合，在較低結(jié)溫下具有明顯的優(yōu)勢(shì)，為數(shù)據(jù)中心提供了巨大的機(jī)會(huì)，可以最大程度地提高效率，滿足不斷增長的電力需求，并克服服務(wù)器發(fā)熱量不斷增加所帶來的挑戰(zhàn)。隨著 AI 技術(shù)的演進(jìn)，算力需求持續(xù)攀升，CPU/GPU 的功耗問題日益顯著。為了應(yīng)對(duì)更高端的 AI 運(yùn)算，服務(wù)器電源的效能、功率密度必須進(jìn)一步提高，GaN 已成為關(guān)鍵解決技術(shù)之一。2024 年 AI 服務(wù)器占整體服務(wù)器出貨的比重預(yù)估將達(dá) 12.2%，較 2023 年提升約 3.4%，而一般型服務(wù)器出貨量年增率僅有 1.9%。AI 服務(wù)器對(duì)電源轉(zhuǎn)換的需求倍速增長，這無疑為 GaN 在服務(wù)器電源領(lǐng)域的應(yīng)用提供了更為廣闊的空間。

二、電動(dòng)車(EV)：提升性能的關(guān)鍵技術(shù)

隨著全球?qū)?jié)能減碳的關(guān)注度不斷提高，節(jié)能運(yùn)輸成為主流趨勢(shì)，電動(dòng)汽車的成長率急速攀升。各大車商紛紛加速電動(dòng)化進(jìn)程，保時(shí)捷計(jì)劃在 2023 年前將制造 50% 的 EV 車型;通用汽車、豐田和 Volvo 宣布 2025 年實(shí)現(xiàn)銷售 100 萬輛 EV 的目標(biāo);BMW 則表示到 2025 年將會(huì)提供 25 款電動(dòng)車，其中 12 輛將是全電動(dòng)車。

對(duì)于電動(dòng)車而言，實(shí)現(xiàn)最佳的電源轉(zhuǎn)換效率是目前各車廠的首要任務(wù)。GaN 能提供更低的開關(guān)損耗、更快的開關(guān)速度、更高的功率密度以及更佳的熱預(yù)算，進(jìn)而提高電動(dòng)汽車的功率輸出和效能，且降低了重量和成本。因此，GaN 已逐漸被導(dǎo)入至電動(dòng)車組件之中，如 DC-DC 轉(zhuǎn)換器、車載充電器(OBC)等。在電動(dòng)汽車的電力牽引電機(jī)逆變器中，這一關(guān)鍵部件需要將存儲(chǔ)在電池組中的能量轉(zhuǎn)換為交流電來驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)，轉(zhuǎn)換階段的損耗越低，系統(tǒng)的效率就越高。GaN 器件擁有比傳統(tǒng)硅器件更高的導(dǎo)電性和更高的開關(guān)頻率，能夠大幅減少逆變器的功率損失。與使用硅作為等效產(chǎn)品相比，采用 GaN 作為電動(dòng)汽車逆變器可以在一定程度上減小尺寸、減輕重量以及縮減功耗。通過使用 GaN 器件，還可以在降低電池容量的情況下獲得相同的續(xù)航里程。例如，某款電動(dòng)汽車通過在逆變器中采用 GaN 技術(shù)，續(xù)航里程得到了顯著提升。

采用 GaN 技術(shù)的 OBC 設(shè)計(jì)可以簡(jiǎn)化冷卻系統(tǒng)，減少充電時(shí)間和能量損失。雙向 OBC 允許電動(dòng)汽車作為能量庫或其他用途的能源，并幫助穩(wěn)定電網(wǎng)內(nèi)的負(fù)載。基于 GaN 器件的 OBC 實(shí)現(xiàn)了先進(jìn)的雙向拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，同時(shí)優(yōu)化功率轉(zhuǎn)換器配置。隨著 GaN 技術(shù)在電動(dòng)車領(lǐng)域的不斷應(yīng)用和發(fā)展，其將為電動(dòng)汽車性能的提升帶來更多的可能性。

三、無線充電：滿足大功率需求的理想方案

在無線充電市場(chǎng)，隨著各種應(yīng)用市場(chǎng)對(duì)功率的需求不斷增大，當(dāng)產(chǎn)品的功率規(guī)格需要提高時(shí)，系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換效率規(guī)格也必須相對(duì)提升。以無線充電為例，電源轉(zhuǎn)換(Power Conversion)于無線電源傳輸?shù)脑O(shè)計(jì)會(huì)影響系統(tǒng)的總效率。當(dāng)功率越大時(shí)，就需更高的轉(zhuǎn)換效率來降低相對(duì)產(chǎn)生的熱能。總而言之，大功率小體積的設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)就是效率的問題，電源轉(zhuǎn)換、高效能、低損耗的組件、線圈設(shè)計(jì)和阻抗匹配都是直接影響系統(tǒng)總效率的因素，而 GaN 便在此當(dāng)中扮演相當(dāng)重要的角色。

GaN 組件具有高開關(guān)速度、低損耗、小體積等優(yōu)點(diǎn)，可滿足大功率、小體積的無線傳輸研發(fā)需求。例如，在一些無人機(jī)應(yīng)用中，由于可用空間有限，GaN 晶體管獲得了尺寸非常緊湊的解決方案，能夠在無人機(jī)從短距離懸停在充電器上的情況下進(jìn)行充電。最有效的集成無線功率傳輸解決方案使用 GaN 晶體管將系統(tǒng)尺寸減小多達(dá) 2 到 3 倍，從而降低充電系統(tǒng)成本。650-V GaN e-HEMT 晶體管為高效無線充電提供了理想的解決方案，功率范圍從大約 10W 到超過 2kW。捷佳科技股份有限公司總經(jīng)理舒中和透露，現(xiàn)今各種應(yīng)用市場(chǎng)對(duì)功率的需求只會(huì)越來越大，而 GaN 在此過程中發(fā)揮著不可或缺的作用，無線充電已成為推動(dòng) GaN 快速成長的主要應(yīng)用市場(chǎng)之一。

服務(wù)器電源、電動(dòng)車以及無線充電這三大市場(chǎng)，正憑借各自對(duì)高效、節(jié)能、小體積等性能的追求，成為 GaN 技術(shù)快速發(fā)展的強(qiáng)大驅(qū)動(dòng)力。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步和成本的逐漸降低，GaN 有望在更多領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，為電子行業(yè)的發(fā)展帶來更多的創(chuàng)新和變革。