לאחרונה, על פי מקורות יודעי דבר, Huawei מגייסת אנשים למחקר ופיתוח של התקני חשמל של החברה, כולל התקני חשמל מיינסטרים כמו IGBT, MOSFET, SiC ו-GaN. נאמר כי הצוות מונה כיום מאות אנשים. אין זה סוד ש-Huawei מפתחת התקני חשמל משלה. אז איזה משחק גדול Huawei משחקת במחקר ופיתוח של התקני חשמל אלה? (התוכן משוחזר מחשבון הציבור [Semiconductor Industry Observation] מזהה: icbank מחבר: Du Qin DQ)

 

למה לשים לב למכשירי חשמל?

כולנו יודעים ש-Huawei טובה מאוד בייצור שבבים, ושבבי קירין שלה דומים או אפילו עולים על קוואלקום ואפל, אבל למעשה, גם מכשירי חשמל הם חלק חשוב מאוד ממוליכים למחצה. התקני חשמל הם הליבה של המרת חשמל ובקרת מעגלים במכשירים אלקטרוניים. הם הרכיבים המרכזיים המממשים פונקציות כגון מתח, תדר והמרה ממתח ישר לזרם חילופין. הם כוללים בעיקר דיודות, תיריסטורים, MOSFETs ו-IGBTs. עם זאת, טכנולוגיות כמו דיודות ותיריסטורים הן ישנות יחסית וננטשו בהדרגה על ידי יצרנים גדולים. במיוחד ככל שהתקני מוליכים למחצה להספק מתפתחים בהדרגה לכיוון מתח גבוה ותדר גבוה, התקני מוליכים למחצה להספק מסורתיים מבוססי סיליקון והחומרים שלהם מתקרבים לגבולות הפיזיים. In addition, second-generation compound semiconductors are not suitable in terms of cost and toxicity. יצרנים בינלאומיים גדולים התמקדו בעתיד התעשייה במוליכים למחצה מורכבים מהדור השלישי. ניתן לומר כי הדור השלישי של מוליכים למחצה הוא כיוון הפיתוח של התקני כוח בעתיד. שני המושבים הלאומיים הסתיימו לאחרונה, ומוליכים למחצה מדור שלישי (GaN ו-SiC) הפכו שוב לאחת ממילות המפתח של שני המושבים. במהלך שני המושבים, וואנג וניין, חבר בוועדה הלאומית של הוועידה המייעצת הפוליטית של העם הסיני, אמר בראיון כי ככל שהשפעתה של תעשיית המוליכים למחצה מהדור השלישי מתרחבת לתחומים מרכזיים כמו תחנות בסיס 5G, UHV, רכבות מהירות בין-עירוניות וערימות טעינה חדשות לאנרגיה, הגיעה התפתחותה של תעשיית המוליכים למחצה של ארצי. על פי תחזית TrendForce Consulting, ההכנסות של התקני תקשורת והספק GaN בשנת 2021 יעמדו על 680 מיליון דולר ו-61 מיליון דולר בהתאמה, עלייה שנתית של 30.8% ו-90.6%; עבור התקני SiC, ההערכה היא שההכנסות של התקני SiC בתחום ההספק יגיעו ל-680 מיליון דולר בשנת 2021, עלייה שנתית של 32%. China is the world's largest consumer of power devices. שיעור העצמאות הכולל של מכשירי חשמל ביתיים הוא פחות מ-10%. יש מקום עצום להחלפה ביתית, במיוחד במכשירים מתקדמים. בואו נראה כמה GaN חם? על פי דיווחים בתקשורת הטייוואנית בפברואר השנה, TSMC רכשה 16 יחידות ציוד הקשור ל-GaN, שהם יותר מפי שניים ממספר 6 היחידות במפעל הקיים בגודל שישה אינץ'. זה שווה ערך לעלייה בכושר הייצור ליותר מ-10,000 יחידות, דבר שמראה עד כמה גדול הביקוש להזמנות מלקוחות. ספקית ה-GaN, Nanosemiconductor, גם היא לקוחה מרכזית של TSMC, הודיעה לאחרונה כי משלוחיה קבעו שיא חדש וסיפקו בהצלחה יותר מ-13 מיליון מעגלים משולבים להספקת GaN לשוק, תוך השגת אפס כשלים במוצר. זה משקף את העובדה ששוק האלקטרוניקה הצרכנית הניידת העולמי מאיץ את אימוץ שבבי GaN כדי לאפשר טעינה מהירה של מכשירים ניידים וציוד נלווה. בפברואר 2020, בכנס ההשקה של Xiaomi 10, שבב הכוח GaNFast גליום ניטריד של Nanomicro שימש לראשונה במטען גליום ניטריד 65W של Xiaomi, ו-GaN החל למשוך את תשומת ליבם של אנשים. כעת עומדת שיאומי Mi 11 לצאת לשוק עם גרסה חדשה של טעינה מהירה GaN בהספק של 55W. מטען זה ייכלל עם סמארטפונים מדגם Xiaomi Mi 11 כאשר הם יושקו בחו"ל. לדברי ג'ין שרידן, מנכ"ל ומייסד שותף של Navitas, לגרסה מעבר לים של מטען גליום ניטריד Nano GaNFast הסטנדרטי של Xiaomi Mi 11, יש מתח AC בעל 2 פינים בתקן אירופאי, מה שמסמן שיצרניות סמארטפונים מהשורה הראשונה החלו לאמץ טכנולוגיית גליום ניטריד, וגם שהתעשייה החלה להוציא בהדרגה שבבי סיליקון ישנים במהירות נמוכה.

קנה גם IGBT וגם SiC

Regarding IGBT and SiC, the industry has always had a hidden concern. As IGBT gradually approaches the performance limit of silicon material, the third-generation semiconductor material SiC is regarded as a new challenger to IGBT in future electric vehicles. However, according to analysis by industry insiders, "SiC is like a smart and strong-willed teenager with outstanding advantages and equally outstanding shortcomings. IGBT is more like a steady and mature young man who can shoulder the burden of power devices." Therefore, in view of the different division of labor between the two, Huawei's dual-pronged approach to IGBT and SiC is also a wise choice. The first power device that Huawei was rumored to be making was IGBT. IGBT is the core device for energy conversion and transmission, commonly known as the "CPU" of power electronic devices. As a leading company in UPS power supply, Huawei occupies the first market share in global data centers, so IGBT is the core component of Huawei's UPS power supply. In addition, as a national strategic emerging industry, IGBT is widely used in rail transportation, smart grid, aerospace, electric vehicles and new energy equipment and other fields. With the development of new energy vehicles, rail transit and smart grids, the demand for IGBTs has experienced substantial growth. Power devices are one of the core electronic devices in the electronic control system of new energy vehicles. The value of power devices in new energy vehicles is more than five times that of traditional fuel vehicles. In particular, IGBT accounts for about 37% of the cost of the electronic control system of new energy vehicles. In addition to IGBT, it is understood that Huawei is also developing SiC. In the past two years, due to the unique and excellent characteristics of SiC, car manufacturers have successively begun to introduce SiC devices. Everyone knows about Huawei's layout in cars. Huawei does not build cars, but focuses on ICT technology to help car companies build good cars. Huawei is committed to becoming an incremental component supplier for intelligent connected vehicles. Research and development of IGBT and SiC is also a direction for Huawei to become an automotive parts supplier. But for now, automotive power semiconductor devices are still dominated by silicon-based IGBTs, while SiC-based MOSFETs represent the future because they have stronger performance, but the biggest obstacle to current promotion is high cost. However, as vehicle power battery packs become larger and larger, and the maximum power/peak torque of motors becomes higher and higher, the advantages of SiC-based MOSFETs become more and more significant. SiC power devices are also accelerating their integration into the field of vehicle chargers. Many manufacturers have launched SiC power devices for chargers of electric vehicles such as HEV/EV. According to Yole statistics, this market can maintain a growth rate of 44% before 2023.    

האבולוציה ארוכת הטווח של SiC להספק (מקור: Yole)בתחום ההשקעות, חברת Hubble Technology Investment Co., Ltd., חברת בת של Huawei, השקיעה בשנה שעברה ב-Shandong Tianyue Advanced Materials Technology Co., Ltd., חברת סיליקון קרביד המובילה במדינה, המחזיקה ב-10% ממניותיה. ביולי 2020, Huawei השקיעה גם ב-Dongwei Semiconductor, לה שלוש סדרות מוצרים בעיקר: סדרת GreenMOS במתח גבוה, סדרת SGTMOS במתח בינוני ונמוך, וסדרת IGBT, הנמצאות בשימוש נרחב במטענים מהירים, יישומי ערימת טעינה, ספקי כוח ממותגים, מנועי DC וממירי מתח פוטו-וולטאיים.    

תכנון עבור GaN

על פי התחזית של יול, GaN ישמש בעיקר באלקטרוניקה צרכנית, אלקטרוניקה לרכב, מתקני טכנולוגיית תקשורת וכו'. בתחום גליום ניטריד, המגמה העיקרית בשילוב התקני GaN היא פתרונות מערכת-בתוך-חבילה או מערכת-על-שבב. למעשה, התקני כוח GaN נמכרים בעיקר לשוק האלקטרוניקה. עבור שוק הצרכנים, זוהי מגמה טכנולוגית ברורה. האופיינית יותר היא טעינה מהירה. מוצר ראש הטעינה המהירה כולל בעיקר שני רכיבים מרכזיים, האחד הוא שבב ניהול צריכת חשמל, והשני הוא התקן בדיד להספק. הדרישות לטעינה מהירה הן צפיפות הספק ויעילות. לכן חברות צריכות באמת לדחוס את המערכת ולהוריד את המחיר להספק בצורה זו.    

איור 2: שוק ה-GaN של אנרגיה (מקור: Yole)  
ככל שטכנולוגיית GaN מתבגרת, טכנולוגיית GaN יכולה לאפשר לרכיבים יעילים להשיג גודל, משקל וכו' טובים יותר. באמצעות עיצוב חכם. בנוסף, בהשוואה לרכיבים רגילים מבוססי סיליקון, רכיבי GaN מתחלפים פי 10 מהר יותר ויכולים לפעול בטמפרטורות גבוהות יותר. לכן, היישום של GaN בתחום טעינה מהירה של USB PD היה נפוץ מאוד. On April 8, 2020, at Huawei's 2020 spring new product launch, Huawei released a single charger product - a 65W GaN (gallium nitride) dual-port charger. באותה תקופה היו שמועות ש-Huawei מפתחת אותו בעצמה, אך המצב בפועל טרם נחקר. עם זאת, אנשים המכירים את שרשרת האספקה ​​של Huawei ציינו כי ל-Huawei נוכחות עמוקה בתחום GaN. כיום, ישנם יצרנים רבים בשוק המשתמשים בטעינה מהירה של GaN, כגון Power Integration, Inc., Navitas ו-Innoscience, שלושת הספקים העיקריים. In addition to Huawei HiSilicon, many domestic companies, including Haite High-tech, Hailu Heavy Industry, Suzhou Jingzhan, Jiangsu Huagong, Chongqing China Resources Micro, and Hangzhou Silan Micro, have actively deployed third-generation semiconductors. הצפי הוא שככל שדרישת המשתמשים לניידות תגדל, שוק הטעינה המהירה העולמי של GaN צפוי להגיע ליותר מ-60 מיליארד יואן בשנת 2025, תוך האצת החלפת מוצרים מבוססי סיליקון בשבבי GaN בתחומים מתפתחים אחרים. בנוסף לטעינה מהירה בתחום האלקטרוניקה הצרכנית, התקנים בדידים מבוססי GaN מתאימים יותר גם ליישומים בעלי הספק גבוה, כגון מרכזי נתונים או ספקי כוח לתחנות בסיס. ביוני 2020, חברת וואווי הודיעה כי תקים בסיס מחקר ופיתוח וייצור של אופטואלקטרוניקה בבריטניה. השלב הראשון של הפרויקט יתמקד במחקר ופיתוח ובייצור של מכשירים אופטיים ומודולים אופטיים. על ידי שילוב פונקציות מחקר ופיתוח וייצור, נוכל להאיץ תהליכי פיתוח ומסחור מוצרים ולהביא מוצרים לשוק בצורה יעילה יותר. טכנולוגיית אופטואלקטרוניקה היא טכנולוגיה מרכזית עבור מערכות תקשורת סיבים אופטיים, וההשקעה העיקרית של Huawei בבריטניה שואפת לקדם את יישום הטכנולוגיות הקשורות במרכזי נתונים ותשתיות רשת גלובליות. כשמדובר בתחום האופטואלקטרוניקה, צריכת החשמל הנמוכה והיעילות הזוהרת הגבוהה של GaN מסייעות ל-LED וללייזרים אולטרה סגולים. Deep ultraviolet light-emitting diodes (LEDs) based on GaN semiconductors are the mainstream development direction of ultraviolet disinfection light sources. מקורות האור שלהם קטנים בגודלם, בעלי יעילות גבוהה ובעלי אורך חיים ארוך. מודול שבב בגודל של כובע אגודל יכול לפלוט אור אולטרה סגול חזק יותר ממנורת כספית. בתחום GaN בתדרי רדיו, חברת Huawei השתמשה במגברי הספק של גליום ניטריד בתחנות הבסיס 4G LTE שלה לפני מספר שנים. לאחר מכן, עם הופעתו של 5G, ל-GaN יש פוטנציאל הולך וגובר מכיוון שבתדרים גבוהים, צפיפות ההספק של GaN עדיין מצוינת בהשוואה ל-LDMOS, וגם יעילות ההספק המוסף עולה. על פי תחזית הנתונים של Yole (איור 2), אימוץ GaN במרכזי נתונים גדל באיטיות. אזגי דוגמוס, אנליסט טכנולוגיה ושוק בחברת Yole, אמר שזה נובע מחוסר רגולציה. אם הממשלה תחזק את הפיקוח המחמיר על מרכזי נתונים כדי להפחית את צריכת החשמל, שיעור החדירה של GaN למרכזי נתונים יהיה גבוה יותר. ככל שדרישות היעילות הגבוהות עולות, גליום ניטריד אכן ממלא תפקיד חשוב על פני סיליקון, שעדיין עומד בדרישות הנוכחיות. בתחום הרכב, ככל שיותר ויותר רכיבים משמשים במכוניות, תפקידו של GaN הופך בולט יותר ויותר. ב-11 באוגוסט 2020, בפורום ה-12 של הספר הכחול לרכב, וואנג ג'ון, נשיא חברת Huawei Smart Car Solutions BU, חשף כי Huawei מפתחת כעת טכנולוגיית לידאר. התקדמות בטרנזיסטורי GaN הוכחה כחלק בלתי נפרד מפיתוח מערכות לידאר מדויקות. מערכות LiDAR פולטות פולסי אור מלייזרים פולטי-שטח בעלי חלל אנכי (VCSELs), הדורשים בקרה חשמלית בעלת הספק גבוה והם מהירים מאוד עם זמני עלייה וירידה קצרים. זוהי אחת הסיבות לכך שגליום ניטריד מועיל למערכות לידאר. גליום ניטריד מתחלף הרבה יותר מהר מאשר רכיבי FET מסיליקון, מה שמאפשר רוחבי פולסים קצרים בזרמים גבוהים. מאפיין זה קריטי עבור לידאר מכיוון שרוחבי פולסים קצרים יותר מאפשרים רזולוציה גבוהה יותר, וזרמי פולסים גבוהים מאפשרים למערכות לידאר לראות רחוק יותר.

המצב הכללי של מוליכים למחצה להספק ביתי

לבסוף, הבה נבחן באופן שיטתי את מצב שרשרת התעשייה של מוליכים למחצה ביתיים, בעיקר IGBT, SiC ו-GaN. ראשית, הבה נבחן את כל שרשרת תעשיית ה-IGBT. IGBT מקומיים הוצבו למעשה בכל שרשרת התעשייה, כגון תכנון שבבים, ייצור פרוסות ואריזת מודולים, אך הם נמצאים רק בשלב הראשוני. בפרט, ייצור פרוסות, דילול לוחות אחוריים ותהליכי אריזה הם הקשיים העיקריים בטכנולוגיית ייצור IGBT, וקיים פער גדול עם מדינות זרות בהקשר זה.

מיון כל שרשרת תעשיית ה-IGBT המקומית (טבלה: תצפית על תעשיית המוליכים למחצה)  
בכל תחום ה-SiC, מבחינת מצע SiC ואפיטקסיה, סין עדיין נשלטת על ידי מוצרים בגודל 4 אינץ', ומוצרים בגודל 6 אינץ' פותחו וסופקו במנות קטנות. באופן כללי, בהשוואה למדינות זרות, ישנם פערים בכל החוליות של שרשרת הערך כולה של תעשיית הסיליקון קרביד המקומית, והפער הכולל ברמה עשוי להיות כ-5 שנים. בהשוואה לרמה המתקדמת ביותר בחו"ל, דיודות SiC מקומיות מפגרות בדור אחד בערך, כ-2 עד 3 שנים מאחור. הפער אינו גדול במיוחד, ואפשר בהחלט להדביק את הפער בעתיד הנראה לעין. אך הדבר דורש מאמצים בו זמנית מצד כל שרשרת הערך המקומית במעלה ובמורד הזרם.

מיון כל שרשרת תעשיית ה-SiC המקומית (טבלה: תצפית על תעשיית המוליכים למחצה)על פי "Gallium Nitride Semiconductor Device Market 2023 Global Forecast" שפורסם על ידי RESEARCH AND MARKETS, שוק התקני גליום ניטריד צפוי לגדול מ-16.5 מיליארד דולר בשנת 2016 ל-22.47 מיליארד דולר בשנת 2023, עם קצב צמיחה שנתי מצטבר של 4.51%. שרשרת תעשיית ה-GaN כוללת חומרים במעלה הזרם (מצע ואפיטקסיה), התקני ומודולים באמצע הזרם, ומערכות ויישומים במורד הזרם. בהתבסס על ההתרחבות ההדרגתית של שוק ה-GaN המקומי, מספר רב של יצרנים החלו להופיע בכל הקישורים של המעלה, האמצע והמורד הזרם.  
 

מיון כל שרשרת תעשיית ה-GaN המקומית (טבלה: תצפית על תעשיית המוליכים למחצה)     

סיכום

בסך הכל, במצב הבינלאומי הנוכחי, עסקיה של Huawei בחו"ל נפגעו, ועסקי הרכב המתפתחים הפכו לפריצת דרך עבור Huawei בחיפוש אחר צמיחה, והם הולכים וגדלים בחשיבותם במגזר העסקי של Huawei. כניסה לתחום התקני הכוח, בין אם IGBT, SiC או GaN, היא אבן בניין לזהותה כספקית חלקי רכב. לאחר מכן, בהתבסס על המאפיינים המעולים של התקני הכוח הללו, הם יכולים לשמש לציוד שלהם, כגון ספק כוח לתחנות בסיס, טעינה מהירה, מחקר ופיתוח אופטואלקטרוניקה ויישומים אחרים.    

כיום, בתחום התקני הספק מוליכים למחצה מהדור השלישי, אנו נמצאים במצב טוב מבחינת רמת הפיתוח של טכנולוגיות מקומיות וזרות ותשומת הלב של המדינה. לרוב המומחים המקומיים יש גם גישה חיובית כלפי פיתוח מוליכים למחצה מהדור השלישי של ארצי. חומרי מוליכים למחצה מהדור השלישי עשויים להיות הזדמנות טובה עבורנו להיפטר מהמצב הפסיבי של מעגלים משולבים ולהשיג השלמה ועקיפה של טכנולוגיית השבבים. חברה מוכשרת כמו Huawei צריכה לקחת את ההובלה ולהוביל את עליית המוליכים למחצה המקומיים!

הצהרת אחריות: מאמר זה נכתב על ידי "Power R&D Alliance", התומכת בהגנה על זכויות קניין רוחני. אנא ציינו את המקור המקורי ואת מחבר ההדפסה המחודשת. אם ישנה הפרה כלשהי, אנא צרו עמנו קשר כדי למחוק אותה.

מספר טלפון של החברה: 86-0755-83044319+
פקס/פקס: 86-0755-83975897+
דוא"ל: 1615456225@qq.com
QQ: 3518641314 מנהל לי

QQ: 332496225 מנהל Qiu

כתובת: חדר 809, בניין C, בניין הטכנולוגיה ז'אנטאו, שדרת מינגז'י מס' 1079, רובע לונגהואה החדש, שנזן