英诺赛科 GaN 芯片赋能智元，人形机器人产业新突破

近日，半导体行业又迎来了一项重大突破。当波士顿动力 Atlas 机器人完成后空翻的震撼瞬间，全球科技界深切意识到，人形机器人的肢体灵活性已从科幻想象变为现实。然而，鲜有人知的是，支撑这一系列高难度动作的核心关键，在于功率器件的性能实现了巨大跃迁。

据悉，头部具身智能厂商上海智元机器人已经开始搭载英诺赛科的氮化镓（GaN）芯片，这一举措标志着 GaN 器件正式突破消费电子领域的局限，成为人形机器人产业的 “功率神经”。这场跨界融合不仅改写了机器人核心元器件的技术路径，更重要的是，它正在催生一个价值万亿美元的新市场生态。

GaN：人形机器人的 “功率核心”

如果仔细拆解一个人形机器人的髋关节模块，你会惊讶地发现，在这个直径仅有十几厘米的关节腔内，密密麻麻地排列着 20 余颗指甲盖大小的黑色芯片，而这些正是 GaN 器件。与之形成鲜明对比的是，传统硅基 MOSFET 根本无法塞进如此狭小的空间。与 MOSFET 相比，GaN 整个功率器件的芯片面积减小了 50% 以上。这种空间上的巨大优势，充分折射出人形机器人对功率器件的极致需求。

当前主流人形机器人通常搭载 30 个至 40 个关节电机，并且会按照关节尺寸分级配置 GaN 器件。具体而言，手指等小关节需3至6颗，肘关节等中等关节需约12颗，而最大的关节则需要24颗。据此计算，单台机器人的GaN基础用量约300颗。而且，随着五指灵巧手、腰部扭转关节等新自由度的加入，机器人单机GaN用量将突破1000颗。

需求爆发的背后有三大引擎正在加速这一进程：一是电机数量增长，从现有40个关节向60个自由度演进；二是功能模块扩展，GPU 电源管理、电池管理系统（BMS）等新应用场景涌现；三是功率密度提升，关节电机功率从当前80W向200W升级。

作为第三代半导体材料的杰出代表，GaN 实际上早已在 LED 照明和激光显示等显示技术领域占据了重要地位。近年来，凭借其卓越的击穿电场、热导率、电子饱和率和高频双向导通等特性，氮化镓在半导体功率器件领域的应用前景愈发受到行业的高度关注。如今 GaN 之所以能在人形机器人产业被大规模应用，源于其显著的性能优势，它彻底颠覆了传统功率器件的性能边界。这片看似普通的晶圆，实则蕴藏着让机器人 “舒展筋骨” 的核心密码。

首先，当人形机器人做出类似抓取玻璃杯的精细动作时，手指关节电机需要在0.1秒内完成从静止到500rpm 转速的切换。这要求驱动器件支持更高的PWM（脉冲宽度调制）频率，而GaN FET的开关速度比硅基MOSFET更高。

其次，机器人续航焦虑的背后，是功率器件的能耗黑洞。传统硅基器件在开关过程中会产生巨大能量损耗，占电机总功耗的23%。而GaN器件通过独特的异质结结构，栅极电容（CG）和输出电容（Coss）都更小，开关损耗较硅基器件降低 85%。

此外，如前文所述，在机器人关节这个“寸土寸金”的战场，GaN还展现出惊人的空间压缩能力。英诺赛科的实际测试显示，采用GaN后关节驱动板体积缩减约50%，同时实现显著节能效果，推动机器人续航与运动灵活性双提升。

头部的选择，未来的方向

上海智元作为人形机器人领域的领先企业，率先将集成了英诺赛科 GaN 器件的关节电机驱动应用至机器人，成功通过 GaN 技术解决了传统硅基器件在功率密度与控制精度上的瓶颈。据介绍，目前，智元人形机器人已在脖子、手肘等关键活动关节的 3 个电机中应用了 GaN 器件，每个电机集成 3 颗 GaN 芯片，GaN 器件已装配至数百台人形机器人。

机器人龙头企业的选择，从根本上决定了产业的潜力发展方向。而英诺赛科眼下开始批量供货，标志着 GaN 在机器人领域从技术验证阶段正式迈入商业化落地阶段，为后续大规模应用奠定了坚实的基础。摩根士丹利在报告中描绘了人形机器人惊人的增长轨迹：预计 2030 年全球销量将达到 900 万台，2040 年达到 1.34 亿台，2050 年将突破 10 亿台。传导至供应链，其渗透率也将逐年提升。

上游方面，根据弗若斯特沙利文的数据，2023 年，氮化镓功率半导体的市场规模为人民币 18 亿元，仅占全球功率半导体市场的 0.5%。但伴随着技术的愈发成熟以及下游应用范围更加广泛，2023 年被视为氮化镓行业录得指数级增长的开局之年。预计到 2028 年，全球氮化镓功率半导体的市场规模将达人民币 501 亿元，占据功率半导体市场 10.1% 的份额，渗透率逐年稳步提升。这直线上涨的增长曲线背后，是 GaN 等核心器件的成本下降曲线与机器人渗透率的正反馈循环。

摩根士丹利特别强调了中国在这场产业革命中的核心地位，预计 2050 年中国将占据全球人形机器人市场 60% 的份额，成为最大的消费市场和生产基地。当 10 亿台人形机器人走进工厂、家庭和服务业，人类社会将面临前所未有的变革。英诺赛科应用于智元机器人，正是这场变革的微观缩影。

站在 2025 年的技术隘口回望，英诺赛科与智元的 “合体” 恰似一道分水岭。在此之前，GaN 是消费电子的 “性能升级选项”，自此之后，它成为人形机器人的 “生存必需品”。当数百台搭载 GaN 器件的机器人在全球各地完成交付，我们看到的不仅是一项技术的商业化落地，更是 “机器人 + GaN” 新产业生态的胎动。

未来十年，随着 GaN 成本的持续下降和性能的不断提升，人形机器人将从实验室走向生产线，从高端服务业走进普通家庭。这场由中国企业主导的技术革命，不仅将改写全球半导体产业格局，更将重塑人类与机器的协作关系。或许正如科幻作家阿西莫夫所言，“人类的终极进步，在于教会机器如何更好地服务于生命的价值。” 而 GaN，正是这场进步中不可或缺的 “功率密码”。