在當今快速發(fā)展的電子領域，氮化鎵(GaN)技術正憑借其卓越的性能，在眾多應用市場中嶄露頭角，其普及率在近年來得到了顯著提升。據(jù)相關數(shù)據(jù)顯示，全球 GaN 功率元件市場規(guī)模預估從 2023 年的 2.71 億美元左右上升至 2030 年的 43.76 億美元，年復合增長率(CAGR)高達 49%。GaN System 中國區(qū)總經(jīng)理林志彥表示，服務器電源、電動車(EV)以及無線充電將是驅動 GaN 快速成長的三大關鍵市場。

一、服務器電源：高效節(jié)能的新選擇

在數(shù)據(jù)中心，服務器的電源效率一直是業(yè)界關注的重點。以 Google、亞馬遜(Amazon)、微軟(Microsoft)等為代表的系統(tǒng)業(yè)者，過去普遍采用 12V 的電源架構，但為了提升電源使用效率、降低損耗以節(jié)省電費成本，如今紛紛轉向 48V 的電源設計架構。采用 48V 轉 1V 的設計模式，服務器電源系統(tǒng)和主板電源系統(tǒng)首先要克服的就是切換損耗問題。

GaN 器件具備高開關速度、低損耗的特性，恰好成為解決這一問題的首要選擇。例如，臺達作為全球最大的服務器電源供應商，市占率近 5 成，其服務器電源的功率密度在過去 10 年里由 33.7W/in3 上升至 100.3W/in3，功率等級也從較低水平發(fā)展到了 3.2kW 甚至 5.5kW，而下一代預計將達到 8kW 以上。在這一進階過程中，GaN 技術發(fā)揮了重要作用。

英飛凌指出，將液冷技術與 GaN 相結合，在較低結溫下具有明顯的優(yōu)勢，為數(shù)據(jù)中心提供了巨大的機會，可以最大程度地提高效率，滿足不斷增長的電力需求，并克服服務器發(fā)熱量不斷增加所帶來的挑戰(zhàn)。隨著 AI 技術的演進，算力需求持續(xù)攀升，CPU/GPU 的功耗問題日益顯著。為了應對更高端的 AI 運算，服務器電源的效能、功率密度必須進一步提高，GaN 已成為關鍵解決技術之一。2024 年 AI 服務器占整體服務器出貨的比重預估將達 12.2%，較 2023 年提升約 3.4%，而一般型服務器出貨量年增率僅有 1.9%。AI 服務器對電源轉換的需求倍速增長，這無疑為 GaN 在服務器電源領域的應用提供了更為廣闊的空間。

二、電動車(EV)：提升性能的關鍵技術

隨著全球對節(jié)能減碳的關注度不斷提高，節(jié)能運輸成為主流趨勢，電動汽車的成長率急速攀升。各大車商紛紛加速電動化進程，保時捷計劃在 2023 年前將制造 50% 的 EV 車型;通用汽車、豐田和 Volvo 宣布 2025 年實現(xiàn)銷售 100 萬輛 EV 的目標;BMW 則表示到 2025 年將會提供 25 款電動車，其中 12 輛將是全電動車。

對于電動車而言，實現(xiàn)最佳的電源轉換效率是目前各車廠的首要任務。GaN 能提供更低的開關損耗、更快的開關速度、更高的功率密度以及更佳的熱預算，進而提高電動汽車的功率輸出和效能，且降低了重量和成本。因此，GaN 已逐漸被導入至電動車組件之中，如 DC-DC 轉換器、車載充電器(OBC)等。在電動汽車的電力牽引電機逆變器中，這一關鍵部件需要將存儲在電池組中的能量轉換為交流電來驅動電動機，轉換階段的損耗越低，系統(tǒng)的效率就越高。GaN 器件擁有比傳統(tǒng)硅器件更高的導電性和更高的開關頻率，能夠大幅減少逆變器的功率損失。與使用硅作為等效產(chǎn)品相比，采用 GaN 作為電動汽車逆變器可以在一定程度上減小尺寸、減輕重量以及縮減功耗。通過使用 GaN 器件，還可以在降低電池容量的情況下獲得相同的續(xù)航里程。例如，某款電動汽車通過在逆變器中采用 GaN 技術，續(xù)航里程得到了顯著提升。

采用 GaN 技術的 OBC 設計可以簡化冷卻系統(tǒng)，減少充電時間和能量損失。雙向 OBC 允許電動汽車作為能量庫或其他用途的能源，并幫助穩(wěn)定電網(wǎng)內(nèi)的負載。基于 GaN 器件的 OBC 實現(xiàn)了先進的雙向拓撲結構，同時優(yōu)化功率轉換器配置。隨著 GaN 技術在電動車領域的不斷應用和發(fā)展，其將為電動汽車性能的提升帶來更多的可能性。

三、無線充電：滿足大功率需求的理想方案

在無線充電市場，隨著各種應用市場對功率的需求不斷增大，當產(chǎn)品的功率規(guī)格需要提高時，系統(tǒng)的轉換效率規(guī)格也必須相對提升。以無線充電為例，電源轉換(Power Conversion)于無線電源傳輸?shù)脑O計會影響系統(tǒng)的總效率。當功率越大時，就需更高的轉換效率來降低相對產(chǎn)生的熱能?？偠灾?，大功率小體積的設計挑戰(zhàn)就是效率的問題，電源轉換、高效能、低損耗的組件、線圈設計和阻抗匹配都是直接影響系統(tǒng)總效率的因素，而 GaN 便在此當中扮演相當重要的角色。

GaN 組件具有高開關速度、低損耗、小體積等優(yōu)點，可滿足大功率、小體積的無線傳輸研發(fā)需求。例如，在一些無人機應用中，由于可用空間有限，GaN 晶體管獲得了尺寸非常緊湊的解決方案，能夠在無人機從短距離懸停在充電器上的情況下進行充電。最有效的集成無線功率傳輸解決方案使用 GaN 晶體管將系統(tǒng)尺寸減小多達 2 到 3 倍，從而降低充電系統(tǒng)成本。650-V GaN e-HEMT 晶體管為高效無線充電提供了理想的解決方案，功率范圍從大約 10W 到超過 2kW。捷佳科技股份有限公司總經(jīng)理舒中和透露，現(xiàn)今各種應用市場對功率的需求只會越來越大，而 GaN 在此過程中發(fā)揮著不可或缺的作用，無線充電已成為推動 GaN 快速成長的主要應用市場之一。

服務器電源、電動車以及無線充電這三大市場，正憑借各自對高效、節(jié)能、小體積等性能的追求，成為 GaN 技術快速發(fā)展的強大驅動力。隨著技術的不斷進步和成本的逐漸降低，GaN 有望在更多領域得到廣泛應用，為電子行業(yè)的發(fā)展帶來更多的創(chuàng)新和變革。