Baru-baru ini, menurut orang-orang yang mengetahui masalah ini, Huawei sedang merekrut orang untuk penelitian dan pengembangan perangkat daya perusahaan, termasuk perangkat daya utama seperti IGBT, MOSFET, SiC, dan GaN. Dikatakan bahwa tim tersebut saat ini berjumlah ratusan orang. Bukan rahasia lagi bahwa Huawei mengembangkan perangkat dayanya sendiri. Jadi, permainan besar apa yang dimainkan Huawei dalam penelitian dan pengembangan perangkat daya ini? (Konten ini direproduksi dari akun publik [Pengamatan Industri Semikonduktor] ID: icbank Penulis: Du Qin DQ)

 

Mengapa kita perlu memperhatikan perangkat bertenaga listrik?

Kita semua tahu bahwa Huawei sangat mahir dalam membuat chip, dan chip Kirin-nya sebanding atau bahkan melampaui Qualcomm dan Apple, tetapi sebenarnya, perangkat daya juga merupakan bagian yang sangat penting dari semikonduktor. Perangkat daya merupakan inti dari konversi daya dan kontrol sirkuit pada perangkat elektronik. Komponen-komponen tersebut merupakan komponen inti yang mewujudkan fungsi-fungsi seperti tegangan, frekuensi, dan konversi DC ke AC. Komponen-komponen tersebut terutama meliputi dioda, thyristor, MOSFET, dan IGBT. Namun, teknologi seperti dioda dan thyristor relatif sudah tua dan secara bertahap telah ditinggalkan oleh produsen besar. Terutama karena perangkat semikonduktor daya secara bertahap berkembang menuju tegangan tinggi dan frekuensi tinggi, perangkat semikonduktor daya berbasis silikon tradisional dan materialnya mendekati batas fisik. Selain itu, semikonduktor senyawa generasi kedua tidak cocok dari segi biaya dan toksisitas. Produsen internasional besar telah memfokuskan masa depan industri pada semikonduktor majemuk generasi ketiga. Dapat dikatakan bahwa semikonduktor generasi ketiga merupakan arah pengembangan perangkat daya di masa depan. Sidang Parlemen Nasional Dua Sesi baru saja berakhir, dan semikonduktor generasi ketiga (GaN dan SiC) sekali lagi menjadi salah satu kata kunci dalam sidang tersebut. Selama dua sesi tersebut, Wang Wenyin, anggota Komite Nasional Konferensi Konsultatif Politik Rakyat Tiongkok, mengatakan dalam sebuah wawancara bahwa seiring dengan meluasnya jangkauan industri semikonduktor generasi ketiga ke bidang-bidang utama seperti stasiun pangkalan 5G, UHV, transportasi kereta api cepat antar kota, dan tiang pengisian energi baru, perkembangan industri semikonduktor negara kita telah tiba. Menurut perkiraan TrendForce Consulting, pendapatan perangkat komunikasi dan daya GaN pada tahun 2021 masing-masing akan mencapai US$680 juta dan US$61 juta, meningkat 30.8% dan 90.6% setiap tahunnya; untuk perangkat SiC, diperkirakan pendapatan perangkat SiC di bidang daya akan mencapai US$680 juta pada tahun 2021, meningkat 32% setiap tahunnya. China adalah konsumen perangkat listrik terbesar di dunia. Tingkat swasembada keseluruhan perangkat listrik rumah tangga kurang dari 10%. Ada ruang yang sangat besar untuk substitusi dalam negeri, terutama pada perangkat kelas atas. Mari kita lihat seberapa populer GaN? Menurut laporan media Taiwan pada bulan Februari tahun ini, TSMC membeli 16 peralatan terkait GaN, yang lebih dari dua kali lipat jumlah 6 unit yang ada di pabrik enam inci yang sudah ada. Ini setara dengan peningkatan kapasitas produksi menjadi lebih dari 10,000 unit, yang menunjukkan betapa besarnya permintaan pesanan dari klien. Nanosemiconductor, pemasok GaN yang juga merupakan pelanggan utama TSMC, baru-baru ini mengumumkan bahwa pengirimannya telah mencetak rekor baru dan berhasil mengirimkan lebih dari 13 juta IC daya GaN ke pasar, dengan mencapai nol kegagalan produk. Hal ini mencerminkan bahwa pasar elektronik konsumen seluler global mempercepat adopsi chip GaN untuk memungkinkan pengisian daya cepat pada perangkat seluler dan peralatan terkait. Pada Februari 2020, di konferensi peluncuran Xiaomi 10, chip daya galium nitrida GaNFast dari Nanomicro digunakan untuk pertama kalinya dalam pengisi daya galium nitrida 65W Xiaomi, dan GaN mulai menarik perhatian publik. Kini Xiaomi Mi 11 akan segera diluncurkan di pasaran dengan versi baru pengisian cepat GaN 55W. Pengisi daya ini akan disertakan dengan ponsel pintar Xiaomi Mi 11 saat diluncurkan di luar negeri. Menurut Gene SHERIDAN, CEO dan salah satu pendiri Navitas, versi luar negeri dari pengisi daya standar 55W Nano GaNFast berbahan dasar galium nitrida untuk Xiaomi Mi 11 memiliki standar AC 2-pin Eropa, yang menandakan bahwa produsen ponsel pintar papan atas arus utama telah mulai mengadopsi teknologi galium nitrida, dan juga menandai bahwa industri telah mulai menghapus chip silikon berkecepatan rendah yang lama.

Ambil IGBT dan SiC sekaligus.

Mengenai IGBT dan SiC, industri selalu memiliki kekhawatiran tersembunyi. Seiring IGBT secara bertahap mendekati batas kinerja material silikon, material semikonduktor generasi ketiga, SiC, dianggap sebagai penantang baru bagi IGBT di kendaraan listrik masa depan. Namun, menurut analisis para pakar industri, "SiC seperti remaja yang cerdas dan berkemauan keras dengan keunggulan luar biasa dan kekurangan yang sama luar biasanya. IGBT lebih seperti pemuda yang tenang dan dewasa yang dapat memikul beban perangkat daya." Oleh karena itu, mengingat perbedaan pembagian kerja antara keduanya, pendekatan ganda Huawei terhadap IGBT dan SiC juga merupakan pilihan yang bijak. Perangkat daya pertama yang dikabarkan akan dibuat Huawei adalah IGBT. IGBT adalah perangkat inti untuk konversi dan transmisi energi, yang umumnya dikenal sebagai "CPU" dari perangkat elektronik daya. Sebagai perusahaan terkemuka dalam catu daya UPS, Huawei menduduki pangsa pasar pertama di pusat data global, sehingga IGBT adalah komponen inti dari catu daya UPS Huawei. Selain itu, sebagai industri strategis nasional yang sedang berkembang, IGBT banyak digunakan dalam transportasi kereta api, jaringan cerdas, kedirgantaraan, kendaraan listrik, dan peralatan energi baru serta bidang lainnya. Dengan perkembangan kendaraan energi baru, transportasi kereta api, dan jaringan cerdas, permintaan akan IGBT telah mengalami pertumbuhan yang substansial. Perangkat daya merupakan salah satu perangkat elektronik inti dalam sistem kontrol elektronik kendaraan energi baru. Nilai perangkat daya dalam kendaraan energi baru lebih dari lima kali lipat dibandingkan kendaraan berbahan bakar tradisional. Secara khusus, IGBT menyumbang sekitar 37% dari biaya sistem kontrol elektronik kendaraan energi baru. Selain IGBT, diketahui bahwa Huawei juga mengembangkan SiC. Dalam dua tahun terakhir, karena karakteristik SiC yang unik dan unggul, produsen mobil secara bertahap mulai memperkenalkan perangkat SiC. Semua orang tahu tentang peran Huawei di bidang otomotif. Huawei tidak membangun mobil, tetapi berfokus pada teknologi TIK untuk membantu perusahaan mobil membangun mobil yang baik. Huawei berkomitmen untuk menjadi pemasok komponen tambahan untuk kendaraan cerdas yang terhubung. Penelitian dan pengembangan IGBT dan SiC juga merupakan arah bagi Huawei untuk menjadi pemasok suku cadang otomotif. Namun untuk saat ini, perangkat semikonduktor daya otomotif masih didominasi oleh IGBT berbasis silikon, sementara MOSFET berbasis SiC mewakili masa depan karena memiliki kinerja yang lebih kuat, tetapi hambatan terbesar untuk promosi saat ini adalah biaya yang tinggi. Namun, seiring dengan semakin besarnya ukuran paket baterai daya kendaraan, dan semakin tingginya daya maksimum/torsi puncak motor, keunggulan MOSFET berbasis SiC menjadi semakin signifikan. Perangkat daya SiC juga mempercepat integrasinya ke bidang pengisi daya kendaraan. Banyak produsen telah meluncurkan perangkat daya SiC untuk pengisi daya kendaraan listrik seperti HEV/EV. Menurut statistik Yole, pasar ini dapat mempertahankan tingkat pertumbuhan 44% sebelum tahun 2023.    

Evolusi jangka panjang silikon karbon (SiC) untuk daya (Sumber: Yole)Di bidang investasi, Hubble Technology Investment Co., Ltd., anak perusahaan Huawei, berinvestasi di Shandong Tianyue Advanced Materials Technology Co., Ltd., perusahaan silikon karbida material semikonduktor generasi ketiga terkemuka di negara kita, tahun lalu, dengan memegang saham sebesar 10%. Pada Juli 2020, Huawei juga berinvestasi di Dongwei Semiconductor, yang terutama memiliki tiga seri produk: seri GreenMOS tegangan tinggi, seri SGTMOS tegangan menengah dan rendah, dan seri IGBT, yang banyak digunakan dalam pengisi daya cepat, aplikasi tiang pengisian daya, catu daya switching, penggerak motor DC, dan inverter fotovoltaik.    

Perencanaan untuk GaN

Menurut perkiraan Yole, GaN akan terutama digunakan dalam elektronik konsumen, elektronik otomotif, fasilitas teknologi telekomunikasi, dll. Di bidang galium nitrida, tren utama dalam integrasi perangkat GaN adalah solusi system-in-package atau system-on-chip. Faktanya, perangkat daya GaN terutama dijual ke pasar elektronik. Untuk pasar konsumen, ini adalah tren teknologi yang jelas. Yang paling umum adalah pengisian daya cepat. Produk kepala pengisian daya cepat terutama mencakup dua komponen inti, satu adalah chip IC manajemen daya, dan yang lainnya adalah perangkat diskrit daya. Persyaratan untuk pengisian daya cepat adalah kepadatan daya dan efisiensi. Jadi perusahaan harus benar-benar memadatkan sistem dan menurunkan harga per daya dalam faktor bentuk ini.    

Gambar 2: Pasar Power GaN (Sumber: Yole)  
Seiring dengan kematangan teknologi GaN, teknologi GaN dapat memungkinkan komponen yang lebih ramping untuk mencapai ukuran, berat, dan lain sebagainya yang lebih baik. melalui desain yang cerdas. Selain itu, dibandingkan dengan komponen berbasis silikon biasa, komponen GaN beralih 10 kali lebih cepat dan dapat beroperasi pada suhu yang lebih tinggi. Oleh karena itu, penerapan GaN di bidang pengisian cepat USB PD sudah sangat umum. Pada tanggal 8 April 2020, dalam acara peluncuran produk baru musim semi 2020 Huawei, Huawei merilis satu produk pengisi daya tunggal - pengisi daya dual-port GaN (galium nitrida) 65W. Saat itu, beredar rumor bahwa Huawei sedang mengembangkannya sendiri, tetapi situasi sebenarnya masih perlu diselidiki. Namun, orang-orang yang mengetahui rantai pasokan Huawei menunjukkan bahwa Huawei memiliki kehadiran yang kuat di bidang GaN. Saat ini, terdapat banyak produsen di pasaran yang menerapkan pengisian cepat GaN, seperti Power Integration, Inc., Navitas, dan Innoscience, tiga pemasok utama. Selain Huawei HiSilicon, banyak perusahaan domestik, termasuk Haite High-tech, Hailu Heavy Industry, Suzhou Jingzhan, Jiangsu Huagong, Chongqing China Resources Micro, dan Hangzhou Silan Micro, telah aktif menerapkan semikonduktor generasi ketiga. Diperkirakan bahwa seiring meningkatnya permintaan pengguna akan portabilitas, pasar pengisian cepat GaN global diperkirakan akan mencapai lebih dari 60 miliar yuan pada tahun 2025, sekaligus mempercepat penggantian produk berbasis silikon dengan chip GaN di bidang-bidang baru lainnya. Selain pengisian daya cepat di bidang elektronik konsumen, perangkat diskrit berbasis GaN juga lebih cocok untuk aplikasi daya tinggi, seperti pusat data atau catu daya stasiun pangkalan. Pada Juni 2020, Huawei mengumumkan akan mendirikan basis penelitian dan pengembangan serta manufaktur optoelektronik di Inggris. Fase pertama proyek ini akan berfokus pada penelitian dan pengembangan serta pembuatan perangkat optik dan modul optik. Dengan mengintegrasikan fungsi R&D dan manufaktur, kami dapat mempercepat proses pengembangan dan komersialisasi produk serta menghadirkan produk ke pasar dengan lebih efisien. Teknologi optoelektronik merupakan teknologi kunci untuk sistem komunikasi serat optik, dan investasi besar Huawei di Inggris bertujuan untuk mempromosikan penerapan teknologi terkait di pusat data global dan infrastruktur jaringan. Dalam bidang optoelektronik, konsumsi daya rendah dan efisiensi luminous tinggi GaN membantu LED dan laser ultraviolet. Dioda pemancar cahaya (LED) ultraviolet dalam berbasis semikonduktor GaN merupakan arah pengembangan utama sumber cahaya disinfeksi ultraviolet. Sumber cahaya mereka berukuran kecil, efisien, dan berumur panjang. Modul chip seukuran tutup ibu jari dapat memancarkan cahaya ultraviolet yang lebih kuat daripada lampu merkuri. Di bidang frekuensi radio GaN, Huawei telah menggunakan penguat daya galium nitrida di stasiun pangkalan 4G LTE-nya beberapa tahun yang lalu. Kemudian, dengan hadirnya 5G, GaN memiliki potensi yang semakin besar karena pada frekuensi tinggi, kepadatan daya GaN masih sangat baik dibandingkan dengan LDMOS, dan efisiensi penambahan daya juga meningkat. Menurut perkiraan data Yole (Gambar 2), adopsi GaN di pusat data tumbuh lambat. Ezgi Dogmus, analis teknologi dan pasar di Yole, mengatakan bahwa hal ini disebabkan oleh kurangnya regulasi. Jika pemerintah memperketat pengawasan terhadap pusat data untuk mengurangi konsumsi daya, tingkat penetrasi GaN di pusat data akan lebih tinggi. Seiring meningkatnya persyaratan efisiensi tinggi, galium nitrida memainkan peran penting dibandingkan silikon yang masih memenuhi persyaratan saat ini. Di bidang otomotif, seiring semakin banyaknya komponen yang digunakan dalam mobil, peran GaN menjadi semakin menonjol. Pada tanggal 11 Agustus 2020, di Forum Buku Biru Otomotif ke-12, Wang Jun, Presiden Huawei Smart Car Solutions BU, mengungkapkan bahwa Huawei saat ini sedang mengembangkan teknologi lidar. Kemajuan dalam transistor GaN telah terbukti sangat penting untuk mengembangkan sistem lidar presisi tinggi. Sistem LiDAR memancarkan pulsa cahaya dari laser pemancar permukaan rongga vertikal (VCSEL), yang membutuhkan kontrol listrik daya tinggi dan sangat cepat dengan waktu naik dan turun yang singkat. Inilah salah satu alasan mengapa galium nitrida bermanfaat bagi sistem lidar. Gallium nitrida beralih jauh lebih cepat daripada FET silikon, memungkinkan lebar pulsa pendek pada arus tinggi. Sifat ini sangat penting untuk lidar karena lebar pulsa yang lebih pendek memungkinkan resolusi yang lebih tinggi, dan arus pulsa yang tinggi memungkinkan sistem lidar untuk melihat lebih jauh.

Gambaran umum situasi semikonduktor daya domestik.

Terakhir, mari kita lihat secara sistematis situasi rantai industri semikonduktor daya domestik, terutama IGBT, SiC, dan GaN. Pertama, mari kita lihat seluruh rantai industri IGBT. IGBT domestik pada dasarnya telah diterapkan di seluruh rantai industri seperti desain chip, pembuatan wafer, dan pengemasan modul, tetapi masih dalam tahap awal. Secara khusus, pembuatan wafer, penipisan backplane, dan proses pengemasan merupakan kesulitan utama dalam teknologi pembuatan IGBT, dan terdapat kesenjangan besar dengan negara asing dalam hal ini.

Menguraikan seluruh rantai industri IGBT domestik (Tabulasi: Observasi Industri Semikonduktor)  
Di seluruh bidang SiC, dalam hal substrat dan epitaksi SiC, Tiongkok masih didominasi oleh produk 4 inci, dan produk 6 inci telah dikembangkan dan dipasok dalam jumlah kecil. Secara umum, dibandingkan dengan negara-negara asing, terdapat kesenjangan di semua mata rantai nilai industri silikon karbida domestik, dan kesenjangan tingkat keseluruhan mungkin sekitar 5 tahun. Dibandingkan dengan tingkat tercanggih di luar negeri, dioda SiC domestik tertinggal sekitar satu generasi, sekitar 2 hingga 3 tahun. Kesenjangan tersebut tidak terlalu besar, dan sangat mungkin untuk mengejar ketertinggalan dalam waktu dekat. Namun, hal ini membutuhkan upaya simultan dari hulu dan hilir seluruh rantai nilai domestik untuk mencapai kemajuan.

Menguraikan seluruh rantai industri SiC domestik (Tabulasi: Observasi Industri Semikonduktor)Menurut laporan "Gallium Nitride Semiconductor Device Market 2023 Global Forecast" yang dirilis oleh RESEARCH AND MARKETS, pasar perangkat gallium nitrida diperkirakan akan tumbuh dari US$16.5 miliar pada tahun 2016 menjadi US$22.47 miliar pada tahun 2023, dengan tingkat pertumbuhan tahunan gabungan sebesar 4.51%. Rantai industri GaN mencakup material hulu (substrat dan epitaksi), perangkat dan modul tengah, serta sistem dan aplikasi hilir. Didorong oleh perluasan bertahap pasar GaN domestik, sejumlah besar produsen mulai muncul di semua mata rantai hulu, tengah, dan hilir.  
 

Menguraikan seluruh rantai industri GaN domestik (Tabulasi: Observasi Industri Semikonduktor)     

Kesimpulan

Secara keseluruhan, dalam situasi internasional saat ini, bisnis luar negeri Huawei terhambat, dan bisnis otomotif yang sedang berkembang telah menjadi terobosan bagi Huawei dalam upaya pertumbuhan, dan semakin penting dalam sektor bisnis Huawei. Memasuki bisnis perangkat daya, baik IGBT, SiC, atau GaN, merupakan fondasi bagi identitasnya sebagai pemasok komponen otomotif. Kemudian, berdasarkan karakteristik unggul dari perangkat daya ini, mereka dapat melayani peralatan mereka sendiri seperti catu daya stasiun pangkalan, pengisian cepat, penelitian dan pengembangan optoelektronik, dan aplikasi lainnya.    

Saat ini, di bidang perangkat daya semikonduktor generasi ketiga, kita berada dalam posisi yang baik dalam hal tingkat perkembangan teknologi dalam dan luar negeri serta perhatian negara. Sebagian besar pakar domestik juga memiliki sikap positif terhadap perkembangan semikonduktor generasi ketiga negara kita. Material semikonduktor generasi ketiga dapat menjadi peluang bagus bagi kita untuk keluar dari situasi pasif sirkuit terpadu dan mencapai pengejaran serta melampaui teknologi chip. Perusahaan yang mumpuni seperti Huawei harus memimpin dan mendorong kebangkitan semikonduktor domestik!

Penafian: Artikel ini direproduksi dari "Power R&D Alliance", yang mendukung perlindungan hak kekayaan intelektual. Harap sebutkan sumber asli dan penulis dari cetakan ulang tersebut. Jika ada pelanggaran, silakan hubungi kami untuk menghapusnya.

Nomor telepon perusahaan: +86-0755-83044319
Faks/FAX: +86-0755-83975897
Surel: 1615456225@qq.com
QQ: 3518641314 Manajer Li

QQ: 332496225 Manajer Qiu

Alamat: Ruang 809, Gedung C, Gedung Teknologi Zhantao, No. 1079 Jalan Minzhi, Distrik Baru Longhua, Shenzhen