出货3000万颗、荣登纳斯达克!GaN赛道如何成就“隐形冠军”?

来源:华强电子网 作者:Andy 时间:2021-11-24 11:02

出货 纳斯达克 GaN

从10月20日正式登陆纳斯达克起,“纳微半导体”这个名字,就与GaN结下了不解之缘。

作为一家以GaN起步、因GaN闻名世界、用GaN造福百行百业的半导体芯片公司。纳微半导体一路走来属实不易,如今随着这条赛道的持续爆火,多年来的艰辛也终获成果。截止目前,纳微半导体旗下的GaNFast产品出货量已经达到三千万颗,并获得了包括小米、OPPO、联想、DELL等全球超过140款品的认可,并在未来12个月还将有大约150款左右产品陆续上市。

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之所以坚定的选择GaN赛道,主要是因为氮化镓独特的优势特性。GaN跟传统硅有很大的区别,比如GaN的开关速度比硅快20倍,体积和重量更小,某一些系统里可以节能40%左右,对于实现国家的碳中和目标很有助益。它的功率密度可以提升3倍,我们搭配快充的一些方案,在达到相同效果的同时,充电速度提升3倍以上。

纳微半导体销售营运总监李铭钊Edwin道出了实情:“同样的体积,同样的充电速度,用硅的方案来做成本非常贵,利用氮化镓,系统待机节约20%左右。纳微氮化镓能够节能,是实现碳排放、碳中和非常重要的手段,每出货一个氮化镓功率芯片一年可以减少4公斤的二氧化碳。用硅的方案做一个服务器电源,可能有一千个零件在里边,用氮化镓做出来的话,可能只是用到600多个零件,减少400个零件。”

GaN芯片为什么要全集成化?

熟悉第三代半导体的都知道,如今的功率氮化镓,正在向两大流派行进,其中之一是dMode常开型,另一大流派则是eMode常关型阵营,这也是纳微半导体当前的路线。但纳微半导体的技术与传统的常关型路线不同,在传统基础之上,纳微针对驱动、保护和控制电路等做了更多的集成,打造出一体化的全集成芯片。

之所以做“全集成”,主要是由于一方面,传统的硅器件参数不够优异,它的开关速率、开关频率都受到极大的限制,通常可以看到基于硅器件的电源系统设置都是在65kHz到100kHz的开关频率范围,因为开关比率比较低,导致它的储能元件,相对电感、电容用的尺寸都比较大,电源的功率密度会相对比较低,业界通常的功率密度小于0.5W/cc。其次,分立式氮化镓因为受限于驱动线路的复杂性,如果没有把驱动集成到功率器件里,受限于外部器件的布局、布线参数的影响,开关频率没有发挥到氮化镓本来发挥到的高度。所以,对比于普通的硅器件大概只有2到3倍开关频率的提升,可想而知功率密度的提升也是相对比较有限的。

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纳微半导体高级应用总监黄秀成表示:“我们看到我们的友商或者同行,相比于传统的电源适配器,或者电源解决方案,他们可以设计出相对比较高的功率密度,但是也没有远没有达到1W/cc的数字。纳微的功率氮化镓器件,集成了控制、驱动和保护在里面,就可以不依赖于外部集成参数影响,开关频率可以充分地释放,目前我们主流的开关频率在电源适配器这块是300、400K,在模块电源已经有客户设计到了MHz。所以,经过集成的方案之后,开关频率、开关速度的潜能被释放,所以我们设计出来的功率密度比传统的硅或者分立式的氮化镓高了好多,目前我们有好多案子远远大于1W/cc的数字。”

从此,纳微半导体也成为全球首家,也是唯一一家集成氮化镓器件和驱动、控制和保护电路在一个芯片上的公司。黄秀成告诉记者:“氮化镓上做芯片确实是纳微的原创,纳微的团队在这方面积攒了非常非常多的经验,从2000年初就开始研究氮化镓。已经开发出了超过130多项关于功率芯片的专利,所以,它的技术壁垒是在的,包括怎么样设计PDK,包括GaN,这是全新的一个领域,能在氮化镓上做逻辑电路、驱动电路,在简单的基础上怎么实现复杂的功能,这些都是有技术专利,也就是所谓的技术壁垒,它的难度还是很高的。”

作为第一个“吃螃蟹”的公司,黄秀成坦言当中确实走过了很多不容易的路,通过不停的探索,也有纳微自己专属的PDK,所以现在做氮化镓芯片会更加轻车熟路一些,包括纳微半导体现在开发的GaNSense,之前的GaNFast,开发周期越来越短,相比之前开发第一款芯片,整个设计周期、生产周期都达到大幅度下降。

从快充到服务器 GaN如何降本增效?

目前,无论是纳微半导体还是业界其他开辟了GaN芯片业务的厂商,应用场景主要都还是集中在手机充电器领域。究其原因,第一,手机电池用量越来越大,从过去的可能两千毫安时左右,到现在已经提升到了五千毫安时,所以电池变大了,氮化镓可以让充电时间减少,电池体积变小。氮化镓的优势在于提升充电器的功率,消费者用很短的时间,就能把手机电池充满。另外,相关电子设备使用越来越多,可能有A口有C口,多头充电器是非常大的市场,也是让氮化镓能够发挥自身优势的非常好的平台。

因此,除了充电器之外,平面电视,游戏机,平板,这些都是纳微半导体关注的消费类产品,纳微半导体销售运营总监李铭钊表示:“因为这些产品期望做到更小更轻,大约每一年有20亿美金左右的市场机会。另外一个巨大的市场是数据中心,一年利用氮化镓可以省19亿美元左右的电费,这是非常巨大的。另外一个应用场景就是太阳能,通过提升效率,可以把太阳能的逆变器可以放在家里边非常小的地方,消费者可以用到更便宜的电力。”

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但当前GaN尚处于市场铺量的初期,成本依然是很多场景面临的大问题。对此,黄秀成指出:“我们的成本还在逐渐降低。在价格方面,价格不等同成本,会有策略、战略,还有体量等等各方面的因素去决定我们的价格的策略。跟友商相比,我们极具竞争力,面对友商或者传统硅的竞争,纳微还是被很多客户选用了,说明成本和价格不是阻拦我们的因素,我们目前成本和价格已经做得非常接近硅的成本了。我们可以预见2022年末到2023年,同等Rdson的GaN几乎可以做到和硅成本一致。”

而且,李铭钊告诉记者:“透过使用氮化镓这种器件,可以减小整个系统的成本。比如原本要用硅的器件生产一个适配器,在里边还需要添加一个散热器的部分,这当中的金属材料是钱,在PCB周边很多材料,PCB面积也需要钱。另外一点就是,还有周边的整个的元件这些,零件多了也是钱。氮化镓已经在这部分做到很多成本的减少。”

作为能够囊括海量应用场景需求的GaN大厂,尽管在当前全球“缺芯潮”严重的当下,纳微半导体依然表示在产能方面也非常有保证,李铭钊总结到:“在整个供应链部分,过去几款小米、OPPO和联想的产品,他们增量都是不小的。纳微现在完全具备可以供应整个消费类海量需求,现在我们交付的时间是12到13周左右,这12、13周可以供应给任何一个优秀手机项目。只要客户在12周之前提供计划给我们,我们基本上12到13周就能交付了。”凸显出纳微半导体强大的供应链管理能力。



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