aN功率半導目錄引言 4消費電子 5機器人 5USB-C適配器和充電器 6家用電器 7住宅太陽能和儲能系統（ESS） 8移動出行 10車載充電器和高壓/低壓DC-DC轉換器 10牽引逆變器 1148v功率架構 12電信基礎設施 13電信/5G 13AI數據中心 14前景展望 16參考文獻 17氮化鎵（GaN）功率半導體正處于高速增長軌道，并在多個行業逐步邁向關鍵拐點。目前，消費類充電器和適配器已率先實現突破，預計今年將有更多應用達到拐點，其他應用則有望跟進。然而，GaN要實現廣泛普及，仍面臨諸多挑戰。這是為什么呢？我們如何克服這些阻力，以釋放GaN技術的全部潛力，并創造更大價值？2025GaNGaN發展旅程的深刻洞見：綜合電力系統的重要性將進一步提升。GaN依托其在效率、功率密度和尺寸優化方面的產品優勢，在電力系統中發揮更加重要的作用。GaN來贏得的。除了“單純的”器件優化，GaN的廣泛應用需要全行業共同推動創新，以構建健全的生態系統，包括先進封裝技術、多元化供應鏈以及制造工藝創新。其中，擴大創新渠道將是關鍵。創新，離不開協作。除了即將實現的與硅材料的成本平價，GaN還可以通過與其他材料混合的方法，為客戶創造更多利益。GaN既是革新者，也是為客戶帶來更多利益的“團隊合作者”。GaN技術的普及、升級與應用落地。憑借業內最廣博的產品和IP（毫米GaNGaN（BDS）技術）IC設計能力，我們正不斷證明這一點。JohannesSchoiswohl博士英飛凌高級副總裁兼總經理GaN系統業務線負責人引言[1]。然而，許多推動可持續發展的創新（例如，電動汽車和太陽能發電場）高度依賴電氣系統，而這可能無意中帶來環境平衡問題。因此，如何解決這些挑戰，對于推動可GaN的用武之地。引言當今和未來的技術高度依賴電能來推動創新，而這同時也加劇了環境問題。例如，信息和通信技術（ICT）行業預計將排放的二氧化碳占全球排放量的4%-10%[2]，甚至高于航空業。這一數據凸顯了各行業減少能源消耗的緊迫性。此外，大多數全球企業已將可持續性作為核心業務戰略。在一項調查中，80%的高管表示，他們優先投資可持續發展項目，以“提升盈利能力，并推動業務增長”。

氮化鎵（GaN）已被證明是提高各種應用能效的解決方案之一[3]。憑借其高速性能和低碳足跡，GaN半導體被譽為電子行業的變革性技術[4]，使制造商能夠開發更小巧、更高效的設備。高效利用GaN2025不僅助力多個技術領域的持續進步，也將成為企業及社會實現可持續發展目標的關鍵。然而，GaN的大規模普及仍然取決于其成本可負擔性[5]。雖然在充電器和適配器等消費電子領域，GaN的普及已達到市場拐點，但在工業和汽車領域的廣泛應用，仍有待其價格進一步接近硅的水平。2025年，GaN在消費和工業市場的應用將大幅增20204580萬美元增長到20254.0725889%[6]。接下來的預測章節將進一步解析這一增長趨勢，并提供市場洞察作為支撐。消費電子預測：GaN在提升能效和縮小體積方面的優勢，推動人形機器人、護理機器人和送貨無人機的市場增長。998[7]1100[8]2030年，98.2%[9]132.7%[10]。在這一廣闊市場下，多個細分市場正在呈現各自獨特的增長模式，包[11、12、13]。機器人行業的增長主要由市場需求增長和技術進步共同驅動。其中，全球人口老齡化導致勞動力短缺，成為推動機器人市場擴張的重要因素。此外，人工智能和傳感器集成的快速發展也使機器人技術在各行各業的應用變得更加可行，市場吸引力不斷上升。隨著機器人技術集成自然語言處理（NLP）[14]和計算機視覺等AI先進技術，GaN將為打造更高效、更緊湊的設計帶來必要的能效。6基于GaN的電機驅動系統能夠提供優異的能效和性能、更高的功率密度、更少的電機損耗和更高速的開關能力。這些技術進步帶來了諸多優勢，例如，無需笨重的電解電容器、縮小了尺寸，并提高了可靠性。將逆變器集成到電機機箱，可減少散熱器的需求，同時優化關節/軸的布線，并簡化EMC設計。更高的控制頻率能夠改善動態響應能力。6具有高開關頻率的GaN基電機控制設計還支持在緊湊的密封外殼中，實現更高的功率。GaN在高頻下能夠提供優異的性能，進一步提高系統效率（逆變器和電機損耗），并保持較低的工作溫度。放眼該領域的未來發展，機器人及其相關應用預計將在工業自動化和日常生活中占據越來越重要的地位。USB-C適配器和充電器預測：GaN技術的USB-C同時在能源效率和環境可持續性方面樹立新的行業標桿。GaNUSB-C[15]、三星、戴爾、惠普、雷蛇、華碩、安GaN300W功率的緊湊型充電器。此外，GaNGaN充電器。GaN2030年，包括快充在內的GaN52%[16]GaN在推動低碳化和數字化方面的重要作用。GaN降低環境足跡。家用電器家用電器預測：受更高能效等級、降低能耗需求和系統成本優化的驅動，GaN有望在家電市場取得快速發展。GaN在家用電器市場的增長強勁，預計未來4年將迎來快速增長，2023-2029年的復合年增長率預計達到121%[17]。目前，洗衣機、冰箱等家電產品采用GaN技術的主要驅動力包括：能源法規要求，以及能效標簽對市場競爭力的影響。能效標簽根據家用電器的能耗進行評級，是消費者購買家電的重要決策因素。為了獲得最高能效評級，制造商必須在保持高性能的同時，降低能耗。對此，提高家電內部的功率轉換效率是一個有效的解決方案，而GaNGaN技術的效率提升十分顯著800WGaNAGaN因此也更加高效，使其非常適用于高效電機，滿足其降低損耗的性能需求。隨著家電市場的不斷發展，GaN技術的廣泛應用不僅將推動創新，也將在降低能耗、助力低碳化發展方面發揮關鍵作用。經GaN優化的逆變器設計，還可以從更低的電磁干擾（EMI）中獲益。與傳統功率器件相比，GaN沒有體二極管，可有效減少反向恢復電荷等寄生效應。此外，GaN逆變器具備更快的開關速度，使小型高電感電機可在更高的速度下運行，減少部分家電對復雜傳動系統的需求，從而降低成本。此外，它可實現更緊湊的電機驅動器設計，同時降低可聞電機噪聲。最后，GaN逆變器能效更高，散熱更少，使得工程師無需使用散熱器。傳統散熱器通常由鋁制成，體積龐大，在制造過程中需要人工安裝；在高濕度環境下運行時，易受冷凝影響，成為故障點，從而降低可靠性。通過消除GaN逆變器在更高功率密度下具備更優的性能、效率和可靠性，GaN解決方案為現代家用電器設計提供了更具吸引力的替代方案。儲能系統（ESS）預測：GaN技術將進一步提升住宅太陽能和ESS的效率和性能，同時有助于降低物料清單（BoM）成本。迄今為止，清潔能源轉型最成功案例之一便是太陽能光伏發電的快速崛起。從20102023年，全球太陽能光伏發電量已增長至40但清潔能源發電的增長速度仍未滿足全球日益增長的電力需求，若要實現凈零排放目標，太陽能光伏發電必須加速擴大規模。[20]5%左右，203017%[21]。這一增長的主要驅動力包括，消費者對可持續發電需求的認識不斷提高，以及政府稅收和補貼政策的增加[22]。在這類支持性政策環境及其他因素的推動下，預計到2035年，太陽能光伏發電將成為全球主要電力來源：在既定政策情景（STEPS）下，光伏發電將占全球總發電量的25%，在凈零排放情景（NZE）下，這一比35%[23]。

隨著全球向可再生能源轉型，高效的電力轉換與傳輸技術變得尤為重要。而這正是高效GaN技術的用武之地。在住宅生態系統中，GaN技術發揮著日益重要的作用，廣泛應用于微型逆變器、串式/混合逆變器、功率優化器、便攜式電站，以及車網互聯（V2G）電動汽車充電。在太陽能微型逆變器中，GaN器件可帶來諸多優勢。其中，一個顯著的優勢在于，它能夠處理更高的功率水平，同時保持較小的逆變器外形尺寸，從而實現緊湊高效的設計。此外，GaN器件具有更快的開關速度，因此有助于提高效率并減少散熱。此外，單向和創新的雙向GaN逆變器，也在太陽能微型逆變器中發揮著重要作用。另一個重要趨勢是，住宅或電動汽車對電池充放電的需求日益增長，這被稱為V2X（車聯萬物）系統。在實現了突破創新，能夠雙向阻斷電壓，從而使能量流控制更加高效，同時確保在不同運行條件下的安全性和可靠性。此外，BDS無需中間直流鏈路，即可提升功率密度、縮小外形尺寸，并降低成本。換言之，與傳統的背靠背開關相比，使用一個雙向GaN開關不僅更具成本效益，占用的PCB面積也更小。/GaN器件可以顯著降低系統成本，同時提高功率密度和效率。不僅GaN/串式逆變器具備更低的開這在儲能系統中尤為重要，因為混合式逆變器需要高效管理電網、儲能系統與負載之間的能量流動，從而實現更可靠、更高效的能源供應。

在功率優化器系統中，GaN技術可以調節光伏（PV）面板的最佳電流和電壓，進一步發揮其高功率密度和效率的優勢。此外，優化器系統的另一個關鍵方面是熱性能。與傳統的硅基器件相比，GaN器件具有更高的熱導率，因此可以更高效地散熱，降低器件的工作總之，GaN功率半導體有望提高住宅太陽能和儲能系統的效率和性能，實現更緊湊、更高效的設計，這是實現凈零排放未來的關鍵。移動出行車載充電器和高壓/低壓DC-DC轉換器預測：GaN車載充電器和DC-DC轉換器預計將顯著提高電動汽車（EV）的充電效率、功率密度和材料可持續性，市場趨勢將向20kW及以上的系統邁進。未來幾年電動化轉型仍將持續加速，這主要得益于全新的解決方案，能為市場帶來經濟高效[24]、面向未來的技術平臺。政府政策（例如，歐盟的二氧化碳排放標準和美國的法規更高的效率、更緊湊的尺寸和更輕量化，是電動汽車

技術路線圖的關鍵優化方向，而這些正是GaN等寬禁帶半導體解決方案的用武之地。由于獨特的電氣參數、更高的集成度和日益成熟的市場，GaN預計將在車載充電器（OBC）和DC-DC轉換器等汽車應用中實現更高的市場滲透率。相比傳統的硅基解決方案，GaN在電動汽車領域具有多項核心優勢，完全符合市場對可持續、高效能和成GaN并減少散熱。其高功率密度最大限度地減少了材料用GaN的解決方案可實現更小、更具成本效益的電容器和變壓器，從而在保持高性能的同時，減少整個系統的體積和成本。GaN技術的集成實現了雙向開關和集成邏輯等新特性，使系統更加緊湊、診斷更加簡便，實現面向未來的移動出行應用。在車載充電器領域，GaN具備零反向恢復電荷，可有效降低電磁干擾；提供更低的開關損耗，使磁性元件在DC-DC轉換器領域，更高的開關性能變得更加重要，其中，GaN支持優化系統尺寸，并使風冷系統適用于未來的系統架構。GaN在移動出行應用領域的應用將持續增長，首批可GaN20252026年初GaN解決方案的質量、穩健性和成本效益，為將來的大規模部署做準備。盡管GaN潛力巨大，但業界必須應對質量驗證、制造可擴展性和法規遵從性等挑戰。然而，GaN帶來的機會同樣引人注目，包括拓展電動汽車和可再生能源系統的應用范圍、推動功率電子拓撲結構的創新，以及通過優異的能效表現，助力全球邁向低碳化。牽引逆變器預測：在汽車牽引逆變器領域采用GaN技術，將進一步提升400V和800V電動汽車系統的效率。電動汽車（xEV）市場（包括純電動汽車（BEV）、插電式混動汽車（PHEV）和增程式電動汽車（REEV））預計將從2024年的1840萬輛，增長至2030年的4610萬輛，年均復合增長率達到16.5%。這一增長勢頭預計還將持續，到2035年，xEV將占全球輕型汽車銷量的62%左右[25]。

牽引逆變器是電動汽車高功率驅動系統的核心組件，從而驅動電動機，并控制車輛速度和扭矩。當前最先進的逆變器設計中，半導體選擇的核心要求包括：高V（低成本、低功耗）800V（高性能）市場主流，并將在未來繼續共存。400V傳動系統中，GaN的優異開關性能可進一步降低逆變器損耗，特別是在輕載工況下。在實GaN帶來了效率提升，這可以延長續航里程，或使車GaN可以在300400V牽引逆變器系統中，具有成本競爭力的寬禁帶解決方案。GaN800V系統的未來應用趨勢。目前，800V牽引逆變器已經實現非常高的能效水平，但要實現整體系統效率的進一步提升，還需要在系統架構層面進行創新。采用三級拓撲結構的牽引逆變器由于可以生與當今最先進的兩級逆變器相比，“T型”三級逆變3-4個百分點。雙向GaN開關是對800VT型三級逆變器的突破性創新。在該拓撲結構中，每個相腳的背對背開關可以被一個雙向GaN開關取代。雙向GaN開關的獨特特性，提升了系統效率，同時縮小了半導體的尺寸，并降低了成本。因此，將650VGaN1200V單向硅或碳化硅器件相結合，是下一代牽引逆變器系統級創新的一個良好示范，充分發揮不同半導體技術的獨特優勢。總之，GaN技術可以延長續航里程，并提高400v和800v系統的能效，將有助于提升電動汽車的市場普及率。48v功率架構預測：GaN48V率架構的采用將持續增長。隨著汽車對更高性能的需求不斷提升，其對功率/電流的需求也在大幅增加。這對傳統的12V功率架構構成了巨大挑戰，要支持更高的功率輸出，12V線束需要變得更粗、更重，制造和安裝難度也隨之增加。相比之下，48V功率架構更適合滿足高功率需求，因為其電壓提升至48v后，相同功率下的電流降低至原來的1/4，因此，電線厚度可減至1/16。另外，它還減少了對大電流端子和連接器的需求。基于這些原因，到2028年，48V系統市場預計將增長26.7%[26]。

向更高電壓功率架構的過渡，需要能夠承受更高電壓GaN48V汽車架構的理想之選。其高電子遷移率和寬禁帶特性，可顯著降低導通電阻，并盡可能地減少開關損耗，從而提高整體系統效率。此外，GaN器件可以在更高的開關頻率下運行，支持使用更小的無源元件，從而降低功率轉換系統的尺寸和重量。晶體管的反向恢復電荷幾乎可以忽略不計，從而盡可能減少了開關轉換過程中的能量損耗，并改善熱性能。GaN48VDC-DC轉換器的理想之選。電信基礎設施預測：GaN技術將為5G基站的發展提供強勁動力，不僅能顯著提升能效和可擴展性，還能滿足AI驅動的電信網絡日益增長的需求。由于投資回報率（ROI）有限，全球5G基礎設施的部署步伐相對緩慢[27]。目前，許多企業仍持觀望態度，認為現有網絡解決方案已能滿足運營需求，尚無意愿斥巨資進行網絡升級。5G5G未來發展的關鍵驅動力。5G網絡的部署面臨嚴峻的能耗挑戰，特別是在基站端。由于需要處理呈指數級增長的數據容量，并提供穩定的無縫連接，基站需要先進的電力解決方案，對高負載工作狀態進行高效管理。GaN技術具有獨特的優勢，可以滿足這些需求。它具有高能效、優異的散熱性能，以及在更高的功率密度下運行5G5G網絡的不斷擴展，以及數據容量的持續攀升，GaN技術在為這些系統供電方面，發揮著愈發重要的作用。5GGaN技術的價值遠不止于此。Group在《PowerGaN2024報告》中強調，GaNAI5GGaN技術中獲得顯著效益。AIGaN技術開辟了更廣闊的發展空間。全球領先企業正通過聯盟的形式，攜手推進功率AIGaN的獨特優勢，以滿AI與和電信行業不斷變化的需求。GaN正逐步成為一項顛覆性的技術，特別是在5G基站等高功率需求應用領域。AI與電信行業的深度融合凸顯了GaN技術在大都市和市中心等高需求地區的廣泛應用機會。隨著技術趨勢的持續演進，GaN技術將在構建下一代智能互聯系統中，發揮至關重要的作用。AI數據中心預測：GaN將助力AI數據中心將降低能耗與冷卻需求，以緊湊高效的設計滿足AI和高性能計算日益增長的需求。作為AI和數字服務的核心基礎設施，數據中心正在經歷指數級增長。到2030年，AI數據中心的全球電力消耗預計將大幅上升[29]，其中，AI應用將進一步提高能源需求[30]。2%AI和高性能計算規模的持續增長，該比例預計7%[31]。這一趨勢促使行業對更先進的功率解決方案產生迫切需求，以應對AI服務器日益增長的3.3kW5.5kW12kWGaN成為極具吸引力的理想之選。GaN已成為滿足這些需求的關鍵技術，特別是在AI數據中心電源中。AIGaN技術。憑借高能效和緊湊外形，GaNAI數據中心架構的GaN技術，數據中心可以提升功率密度，從而直接增強單位機架空間內的計算GaN技術，可以顯著提升能效，減少數據中心的功率損耗和冷卻需求。雖然GaNAI則適用于LLC來最大化功率密度，并優化功率架構各環節的能效。這種模塊化的方法使得每種技術都能各展所長，形成協同優化的系統，以最大限度地提高能效和功率密度。作為為AI數據中心提供高效、適應性強的電源方案的領導者，英飛凌正處于開發這一混合架構解決方案的前沿。提升效率不僅關乎運營成本，更是AI數據中心熱性能管理的關鍵。低效的電源系統會導致大量能量以熱量的形式耗散，導致數據中心需要龐大的冷卻基礎設施。隨著數據中心規模的擴張，冷卻需求可能成為運營的一大瓶頸，GaN技術，AI減少冷卻系統的成本，提高整體能源利用率。此外，包括GaN在內的寬禁帶半導體正在快速滲透數據中心應用。雖然GaN在充電器和適配器等其他領域已經達到了市場普及的拐點，但隨著AI數據中心功率水平的持續攀升，GaN技術正愈發受到行業關注。在AI工作負載日益增長的需求支持下，GaN技術在下一代電源設計中的部署已經啟動。未來幾年，在對緊湊、高效和高性能功率解決方案需求的推動下，GaN有望成為高密度電源的核心材料。GaN技術在滿足人工智能數據中心的功率需求方面取得了重大突破。憑借混合架構、效率改進和優異的熱管理能力，GaNAI和高性能計算方面發揮關鍵作用。隨著數據中心的規模和復雜性不斷擴張，GaN現下一代高能效、高密度功率解決方案的關鍵。如今，各行各業都面臨著一個共同的挑戰——對能源的依賴不斷加深，同時亟需優化能源平衡，以促進地球的可如今，各行各業都面臨著一個共同的挑戰——對能源的依賴不斷加深，同時亟需優化能源平衡，以促進地球的可前景展望持續性發展。將這一挑戰轉化為機遇，是實現這一目標的關鍵，技術則在解決方案中扮演著至關重要的角色。GaN技術在各種應用場景中的效果和效率。我們已經證明，GaN功率半導體在機器人、電動汽車、充電器和AI數據中心等眾多應用中，已發揮或即將發揮重要作用。技術與可持續發展的GaN解決方案的基石，它不僅帶來了廣泛的優勢和進步，還支持在每個設備或應用中最有效地利用電能。可再生能源的快速增長，以及從電動汽車到AI數據中心和機器人技術的快速發展，都離不開更高效、更具成本效GaN則是同時有利于這二者的先進技術之一。這意味著，盡GaN具有優異的效率，但要更廣泛地推廣應用，就必須降低生產成本，并提高可擴展性。創新是必不可少的。GaN晶圓技術（例如，300毫米）可大幅降低成本，甚至為新應用帶來機遇。GaN700V或更高的功率轉換應用。雙向開關也將推動增長，并在多個應用領域發揮變革性作用。此外，某些法規（USB-C充電器的規定和對可再生能源技術的激勵措施）GaN的應用提供了支持。比如，在電動汽車市場，政府補貼和二氧化碳排放法規正在推動高效車載充電器和DC-DCGaN技術的發展路線圖產生了深遠影響。未來，GaN技術將推動全球邁向更加可持續、更加互聯的世界。GaN技術正在為更輕、更快、更高效的解決方案2025參考文獻U.S.DepartmentofEnergy:https://www.energy.gov/eere/solar/solar-energy-wildlife-and-ecosystems..uk/2023/04/27/why-sustainable-ict-is-vital/UniversityofCambridge:https://www.gan.msm.cam.ac.uk/projects/platformPRNewswire:https://www.prnewswire.com/news-releases/infineon-pioneers-worlds-first-300-mm-power-gallium-nitride-gan-technology--an-industry-game-changer-302244911.htmlStraitsresearch:/report/gallium-nitride-semiconductor-devices-Intelligence:PowerSiC/GaNCompoundSemiconductorMarketMonitor,Q42024:https://www.yolegroup.com/product/quarterly-monitor/power-sicgan-compound-semiconductor-market-monitor/Marketresearchfuture:Globalroboticsmarketoverview:https://www.marketr/reports/robotics-market-4732GlobalData:Roboticsmarket:https://www.globaldata.com/media/thematic-research/robotics-market-will-worth-218-billion-2030-forecasts-globaldata/Marketresearchfuture:Globalroboticsmarketoverview:https://www.marketr/reports/robotics-market-4732GlobalData:Roboticsmarket:https://www.globaldata.com/media/thematic-research/robotics-market-will-worth-218-billion-2030-forecasts-globaldata/NMSC:CollaborativeRobotMarket:https://www.ne/report/collaborative-robot-marketGodmanSachs:globalmarketforhumanoidrobots:https://www.goldmansachs.com/insights/articles/the-global-market-for-robots-could-reach-38-billion-by-2035Fortunebusinessinsights:commercialdronemarket:https://www.fortunebusinessinsights.com/commercial-drone-market-102171ScienceDirect:https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2772503024000598Cubenest:https://www.cubenest.eu/blog/gan-technologyTrendforce:https://www.trendforc/news/2024/08/16/news-global-gan-power-device-market-size--0the,future%20landscape%20of%20the%20industry.Intelligence:PowerSiC/GaNCompoundSemiconductorMarketMonitor,Q42024:https://www.yolegroup.com/product/quarterly-monitor/power-sicgan-compound-semiconductor-market-monitor/UniversityofSheffield:https://www.sheffield.ac.uk/gancentre/publications/highlightsInfineoncalculationInternationalEnergyAgency(IEA):worldenergyoutlook2024:/reports/world-energy-outlook-2024InternationalEnergyAgency(IEA):worldenergyoutl