GaN 市场增长迅猛，台积电调整产能带来新变局

GaN（氮化镓）作为近日半导体市场的热点词汇之一，备受行业关注。此前，东芝旗下的芯片制造商日本半导体大幅扩产芯片，重点聚焦 SiC（碳化硅）和 GaN 芯片；随后，芯片制造大厂台积电对 6 英寸晶圆代工产能进行调整，这一动态再次将 GaN 推向了风口浪尖。那么，台积电的这则动态究竟会给 GaN 市场带来何种改变呢？

台积电调整 6、8 英寸产能

在先进制程产能吃紧的情况下，台积电正逐步淡出成熟制程与不具效益的产能布局，其中 6 英寸、8 英寸厂与 GaN 生产首当其冲。7 月初，台积电就已确认将在未来两年停止其晶圆五厂的 GaN 生产，并将其改造为先进封装产线。台积电是 GaN 晶圆代工的先行者，2014 年率先在 6 英寸晶圆厂引入这项技术，2015 年扩大了 GaN 器件的生产范围，2021 年又将生产拓展至 8 英寸晶圆厂。

据悉，中国竞争对手激烈的价格战是促使台积电战略退出 GaN 领域的关键因素。由于 GaN 生产规模有限且利润微薄，该业务已不符合台积电的战略定位。值得注意的是，台积电的 GaN 业务主要在 6 英寸晶圆上进行。随着 GaN 业务的逐步退出，6 英寸晶圆代工也没有太多 “用武之地”。金融服务机构 Anue 的数据显示，台积电目前 6 英寸 GaN 晶圆的月产能为 3000 - 4000 片，其中 Navitas 占据过半订单，安可半导体（Ancora Semi ）也是其主要客户之一。

根据最新消息，Navitas 已与中国台湾代工厂力积电达成战略合作。力积电将于 2026 年上半年开始生产 100V GaN 产品，使用 200mm 硅晶圆。未来 12 - 24 个月内，Navitas 现有的 650V 器件订单将从独家代工伙伴台积电逐步转移至力积电。

目前已有电源 IC 设计公司表示，已经收到台积电口头告知，台积电将在 2027 年底结束最后一座 6 英寸厂营运，与其相关的高压（HV ）制程包含电源管理 IC (PMIC)、马达驱动 IC、显示驱动 IC 等需要承受较高电压的芯片都将受影响。在退出 6 英寸晶圆制造业务后，其闲置的厂区土地和厂房有望被重新利用。有分析认为，台积电很可能会将该厂址改造为先进封装厂，以支持其在 CoWoS 和 SoIC 等技术领域的扩张。此外，台积电还表示将持续整并 8 英寸晶圆产能。

GaN 市场猛增

台积电的这一系列动态，正值 GaN 市场高速增长的背景之下。这一反差使得行业对 GaN 市场的未来格局更添关注。

GaN 作为第三代宽禁带半导体核心材料之一，具有高击穿场强、高饱和电子漂移速率、抗辐射能力强和良好的化学稳定性等优良特性，是制作宽波谱、高功率、高效率光电子、电力电子和微电子的理想材料。TrendForce 集邦咨询近日发布研究数据显示，预计 GaN 功率器件市场规模将从 2024 年的 3.9 亿美元攀升至 2030 年的 35.1 亿美元，年复合增长率达 44%。

GaN 技术最初在消费电子产品的快速充电器中崭露头角，其高效率和高功率密度特性使得充电器体积大幅缩小，携带更为便捷。如今，GaN 的应用范围正在迅速扩大，并朝着对可靠性和性能要求更高的高端工业和汽车领域渗透，重点潜力应用包括 AI 数据中心、人形机器人、汽车 OBC 、光伏微型逆变器等。

在数据中心方面，数据中心对高速运算和电力都有着庞大的需求。根据 TrendForce 的数据，NVIDIA（英伟达）Blackwell 平台将于 2025 年正式放量，取代既有的 Hopper 平台，成为 NVIDIA 高端 GPU （图形处理器）主力方案，占整体高端产品近 83% 。在 B200 和 GB200 等追求高效能的 AI Server 机种，单颗 GPU 功耗可达 1000W 以上。面对高涨的功率需求，每个数据中心机柜的功率规格将从 30 - 40kW 推高至 100kW，对于数据中心电源系统来说挑战极大，而 GaN 与液冷技术的结合，将成为提升 AI 数据中心能效的关键。目前已有多家 GaN 厂商相继宣布与英伟达建立了合作关系。

在人形机器人方面，其关节部位需要精确、响应快速且结构紧凑的电机控制系统，GaN 有望成为关键的解决方案之一。目前已有不少厂商陆续推出了基于 GaN 技术的人形机器人关节电机驱动参考设计，期望实现紧凑高效的运动控制。

在汽车方面，GaN 正在成为继 Si 和 SiC 之后重要的新兴技术选项。随着电动车对更高功率和更高能效的需求不断增长，GaN 功率器件凭借其高开关速度和低损耗特性，为电动汽车中的逆变器和 DC - DC 转换器提供了理想解决方案。当前市场上的许多高性能新能源汽车已经开始采用基于 GaN 的晶体管和二极管。例如，800V 高压平台设计中的多级 GaN 解决方案已经取得显著进展，这将进一步推动 GaN 技术在电动汽车中的普及。

那么，这样一个增长趋势良好的行业，晶圆代工巨头台积电为何会宣布停止 GaN 芯片代工呢？原因主要有两点：其一，GaN芯片代工的技术门槛并不算高，主要聚焦6英寸与8英寸。在最近两年，随着GaN的火热也迎来更多入局者。其二，先进制程晶圆代工生产才是台积电的主线任务，并且产能回报率也远远高于GaN代工。随着AI芯片需求的爆炸式增长，台积电的产能调配决策体现了其"聚焦高附加值业务"的核心战略。

GaN 谁是领头羊

从衬底材料看，氮化镓器件主要有四种技术路线：硅基氮化镓 (GaN - on - Si)、蓝宝石基氮化镓 (GaN - on - Sapphire)、碳化硅基氮化镓 (GaN - on - SiC) 和氮化镓基氮化镓 (GaN - on - GaN)。其中，硅衬底成本仅为碳化硅的 1/10，且可直接利用现有 8 英寸硅晶圆产线，硅基氮化镓因此成为最具成本优势的技术路线。目前市面上主要的 GaN 器件企业大多采用 GaN - on - Si 方案。

在全球 GaN 功率器件市场上，当前英诺赛科、美国 Power Integrations、美国纳微半导体 Navitas 和美国 EPC 处于领先地位，中国英诺赛科已成为全球龙头。根据 Yole 研究数据显示，2023 年全球 GaN 功率器件市场中，上述四家公司分别占据 31% 、 17% 、 16%、 15% 的市场份额，其余几家公司市占率分别为：GaN Systems 8%、英飞凌 4%、Transphor 3% 、其他公司 6%。

其中，英诺赛科的 8 英寸 GaN 晶圆量产技术在行业内具有绝对领先地位，是全球首家实现规模化量产的 IDM 厂商。通过自主研发的 3.0 代工艺平台，单位晶圆芯片产出较 6 英寸提升 80%，芯片制造成本较行业平均水平降低 40%，良率稳定在 95% 以上（行业平均 85 - 90%）。这一突破使 GaN 器件的规模化应用成为可能。

近日，英诺赛科在港交所公告，已与 NVIDIA（英伟达）达成合作，联合推动 800 VDC（800 伏直流）电源架构在 AI 数据中心的规模化落地。该架构是英伟达针对未来高效供电兆瓦级计算基础设施而专门设计的新一代电源系统，相比传统 54V 电源，在系统效率、热损耗和可靠性方面具有显著优势，可支持 AI 算力 100—1000 倍的提升。

GaN 要超过 SiC

GaN 的热度，似乎要比 SiC 晚上 1 - 2 年。在电力电子领域，随着传统 Si 基器件难以满足高频、高压、高温场景需求。SiC 凭借宽禁带、高击穿电场与高热导率特性，降低导通损耗；GaN 以高电子迁移率及独特异质结构，减少开关损耗。

以英飞凌的 3kw 电源应用中 SiC 与 GaN 的开关效率的对比为例：在开关频率超过 200K 之后，碳化硅的开关效率就会明显下降，在达到目前主流的 500K 的 GaN 电源的频率下，碳化硅的效率就会下降 1%。

在高温高压应用，GaN 便不如碳化硅，所以对比市面上的碳化硅和 GaN 功率管，基本都是以 600 - 800V 耐压为分界线，GaN 主流应用在这个耐压值以下的消费市场，而碳化硅基本都在这个耐压值以上的高价值市场。因此可以看到，在目前的实际应用中，SiC 与 GaN 的分工比较明确，互不干涉。

不过在部分重叠的应用领域中，GaN 正成为更有力地选择。剑桥 GaN 设备公司技术营销总监 Daniel Murphy 表示 ：” 在某些应用中，GaN 可能是唯一的解决方案。例如，随着人工智能处理器的激增，数据中心现在对功率的需求呈指数级增，这需要利用 GaN 功率器件的优势。” 关于成本问题，Daniel Murphy 表示， “GaN 已被证明是可靠的，早期围绕设计挑战的问题已基本得到解决，随着 GaN 技术的成熟，预计其价格将下降到与标准硅相媲美的水平。” Power Integrations 市场营销副总裁 Doug Bailey 也曾表示 “GaN 器件的生产成本并不比硅器件高，因为它可以使用与硅相同的生产线，只需进行相对较少的修改。”

未来随着 GaN 技术的逐步成熟，或许会给半导体市场带来诸多难以想象的惊喜。此外，如果 GaN 器件能成功提高漏源电压，而又不削弱其目前巨大的制造优势，那么它很可能会摆脱目前主要在消费电子产品 (例如 USB 充电器和 AC 适配器等) 中的地位，进入 SiC 功率器件目前占主导地位的更大功率的应用领域。如今，已经有制造商开始展示他们的 1700V GaN 解决方案。比如 Power Integrations 推出了 InnoMux - 2 系列单级、独立调整多路输出离线式电源 IC 的新成员。该芯片采用 PI 专有的 PowiGaN 技术制造而成，支持更高母线电压的使用，是业界首款 1700VGaN 开关 IC，更是首个超过 1250V 的 GaN 器件。

广东致能科技团队与西安电子科技大学广州研究院 / 广州第三代半导体创新中心郝跃院士、张进成教授团队等合作，成功研发出首个 1700V GaN HEMT 器件。该器件在 6 英寸蓝宝石衬底上实现，采用了广东致能科技有限公司的薄缓冲层 AlGaN / GaN 外延片技术。这一成果发表在 IEEE Electron Device Letters 期刊上。该 GaN HEMT 器件具有超过 3000V 的高阻断电压和 17Ω・mm 的低导通电阻，表现出优良的性能。

该技术的优势在于降低外延和加工难度、降低成本，使 GaN 成为 1700V 甚至更高电平应用的有力竞争者。不过，现在谈论GaN是否会冲击到SiC器件或许为时尚早，毕竟高压及超高压GaN 功率器件的研究还处于相对早期。在当前的半导体市场依旧呈现出GaN与SiC互补的格局，即 “中低压高频看 GaN，高压大功率靠 SiC”。

GaN 市场正处于蓬勃发展的阶段，虽然台积电的战略调整给市场带来了一定的变数，但也为其他企业提供了更多的发展机遇。随着技术的不断进步和应用领域的不断拓展，GaN 有望在未来的半导体市场中发挥更加重要的作用。