2025年GaN功率半导体发展预测：破解能源需求增强与净零经济之间的矛盾

2025 年 GaN 功率半导体发展预测破解能源需求增强与净零经济之间的矛盾www.infineon.com/gan目录引言 4消费电子 5机器人 5USB-C 适配器和充电器 6家用电器 7住宅太阳能和储能系统（ESS） 8移动出行 10车载充电器和高压 / 低压 DC-DC 转换器 10牵引逆变器 1148 v 功率架构 12电信基础设施 13电信 /5G 13AI 数据中心 14前景展望 16参考文献 173氮化镓（GaN）功率半导体正处于高速增长轨道，并在多个行业逐步迈向关键拐点。目前，消费类充电器和适配器已率先实现突破，预计今年将有更多应用达到拐点，其他应用则有望跟进。然而，GaN 要实现广泛普及，仍面临诸多挑战。这是为什么呢？我们如何克服这些阻力，以释放 GaN 技术的全部潜力，并创造更大价值？在这本 2025 年预测电子书中，我们针对最成熟、最具市场相关性的 GaN 功率半导体应用提供了行业预测和展望，并分享了一些关于 GaN 发展旅程的深刻洞见：1. 综合电力系统的重要性将进一步提升。GaN 依托其在效率、功率密度和尺寸优化方面的产品优势，在电力系统中发挥更加重要的作用。> “系统的游戏”就是通过 GaN 来赢得的。2. 除了“单纯的”器件优化，GaN 的广泛应用需要全行业共同推动创新，以构建健全的生态系统，包括先进封装技术、多元化供应链以及制造工艺创新。其中，扩大创新渠道将是关键。> 创新，离不开协作。3. 除了即将实现的与硅材料的成本平价，GaN 还可以通过与其他材料混合的方法，为客户创造更多利益。> GaN 既是革新者，也是为客户带来更多利益的“团队合作者”。作为功率系统领域的领先企业，英飞凌致力于推动 GaN 技术的普及、升级与应用落地。凭借业内最广博的产品和IP 产品布局、最高质量标准、最前沿的创新技术（例如，300 毫米 GaN 晶圆制造、集成 GaN 解决方案、双向开关（BDS）技术）以及系统级 IC 设计能力，我们正不断证明这一点。Johannes Schoiswohl 博士英飞凌高级副总裁兼总经理GaN 系统业务线负责人4引言技术进步在应对环境挑战方面极具潜力 [1]。然而，许多推动可持续发展的创新（例如，电动汽车和太阳能发电场）高度依赖电气系统，而这可能无意中带来环境平衡问题。因此，如何解决这些挑战，对于推动可持续发展至关重要。技术的进步必须与提高能效、减少二氧化碳排放的创新并行发展，而这正是 GaN 的用武之地。当今和未来的技术高度依赖电能来推动创新，而这同时也加剧了环境问题。例如，信息和通信技术（ICT）行业预计将排放的二氧化碳占全球排放量的 4%-10%[2]，甚至高于航空业。这一数据凸显了各行业减少能源消耗的紧迫性。此外，大多数全球企业已将可持续性作为核心业务战略。在一项调查中，80% 的高管表示，他们优先投资可持续发展项目，以“提升盈利能力，并推动业务增长”。氮化镓（GaN）已被证明是提高各种应用能效的解决方案之一 [3]。凭借其高速性能和低碳足迹，GaN 半导体被誉为电子行业的变革性技术 [4]，使制造商能够开发更小巧、更高效的设备。高效利用 GaN 将继续成为 2025 年及未来的重要趋势，不仅助力多个技术领域的持续进步，也将成为企业及社会实现可持续发展目标的关键。然而，GaN 的大规模普及仍然取决于其成本可负担 性 [5]。虽然在充电器和适配器等消费电子领域，GaN的普及已达到市场拐点，但在工业和汽车领域的广泛应用，仍有待其价格进一步接近硅的水平。展望 2025 年，GaN 在消费和工业市场的应用将大幅增长。市场规模预计将从 2020 年的 4580 万美元增长到2025 年的 4.072 亿美元，在短短 5 年内增长 889%[6]。接下来的预测章节将进一步解析这一增长趋势，并提供市场洞察作为支撑。5消费电子机器人预测：机器人将得到广泛应用，得益于 GaN 在提升能效和缩小体积方面的优势，推动人形机器人、护理机器人和送货无人机的市场增长。整个机器人市场即将迎来大幅增长，今年的市场规模预计将达到 998 亿美元 [7] 至 1100 亿美元 [8]，到 2030 年，市场价值预计增长 98.2%[9] 至 132.7%[10]。在这一广阔市场下，多个细分市场正在呈现各自独特的增长模式，包括协作机器人、人形机器人或商用无人机 [11、12、13]。机器人行业的增长主要由市场需求增长和技术进步共同驱动。其中，全球人口老龄化导致劳动力短缺，成为推动机器人市场扩张的重要因素。此外，人工智能和传感器集成的快速发展也使机器人技术在各行各业的应用变得更加可行，市场吸引力不断上升。随着机器人技术集成自然语言处理（NLP）[14] 和计算机视觉等 AI 先进技术，GaN 将为打造更高效、更紧凑的设计带来必要的能效。6基于 GaN 的电机驱动系统能够提供优异的能效和性能、更高的功率密度、更少的电机损耗和更高速的开关能力。这些技术进步带来了诸多优势，例如，无需笨重的电解电容器、缩小了尺寸，并提高了可靠性。将逆变器集成到电机机箱，可减少散热器的需求，同时优化关节 / 轴的布线，并简化 EMC 设计。更高的控制频率能够改善动态响应能力。具有高开关频率的 GaN 基电机控制设计还支持在紧凑的密封外壳中，实现更高的功率。GaN 在高频下能够提供优异的性能，进一步提高系统效率（逆变器和电机损耗），并保持较低的工作温度。放眼该领域的未来发展，机器人及其相关应用预计将在工业自动化和日常生活中占据越来越重要的地位。USB-C 适配器和充电器预测：基于 GaN 技术的 USB-C 适配器和充电器将在市场占据主导地位，提供更紧凑、更高功率输出的解决方案，同时在能源效率和环境可持续性方面树立新的行业标杆。GaN 显著缩小了 USB-C 充电器的体积，同时提升输出功率，包括苹果 [15]、三星、戴尔、惠普、雷蛇、华硕、安克等在内的领先品牌，均已广泛采用 GaN 技术，推出高达 300 W 功率的紧凑型充电器。此外，GaN 已成为产品品牌推广的关键卖点，许多高端品牌也推出了 GaN 充电器。GaN 充电器凭借其优异的能效和热管理能力，正在为快速充电树立新的标杆。预计到 2030 年，包括快充在内的消费类应用将占据整个全球 GaN 功率器件市场的 52% 以上 [16]，凸显了 GaN 在推动低碳化和数字化方面的重要作用。GaN 充电器不仅更高效，还有利于保护环境。其更小的尺寸减少了生产、包装和回收所需的资源，有助于降低环境足迹。7家用电器预测：受更高能效等级、降低能耗需求和系统成本优化的驱动，GaN 有望在家电市场取得快速发展。GaN 在家用电器市场的增长强劲，预计未来 4 年将迎来快速增长，2023 年 -2029 年的复合年增长率预计达到121%[17]。目前，洗衣机、冰箱等家电产品采用 GaN 技术的主要驱动力包括：能源法规要求，以及能效标签对市场竞争力的影响。能效标签根据家用电器的能耗进行评级，是消费者购买家电的重要决策因素。为了获得最高能效评级，制造商必须在保持高性能的同时，降低能耗。对此，提高家电内部的功率转换效率是一个有效的解决方案，而 GaN 技术在这一领域发挥着至关