急速充電市場にとって朗報となるニュースが次々と市場に届いている。1月27日に発表されたAppleの2021年第1四半期決算報告によると、iPhone 12の好調な需要に牽引され、第1四半期のiPhoneの売上高は前年同期比17%増の過去最高となる65.6億ドルに達した。iPadの売上高も第1四半期に40%急増。Macの売上高は過去12月の記録を塗り替えた。Appleは今年上半期に9000万台以上のサプライチェーン向け携帯電話を発注している。Appleアナリストのミンチー・クオ氏はメディアに対し、Appleは今年、新型iPhoneとMacBookを発売する際に2～3種類の窒化ガリウム充電器を発売する可能性が高く、それが窒化ガリウム産業チェーンの成長エンジンとなり、飛躍的な成長を遂げるだろうと語った。

IDCは、2021年に5Gスマートフォンの成長機会が大幅に拡大すると予測しており、市場規模は2020年の約200億台から5億台へと倍増すると予測している。Xiaomi、Vivo、Huaweiは、500Gフラッグシップ携帯電話向けに窒化ガリウム充電器を相次いで発売している。今年は、COVID-19の流行が完全に収束していないものの、自宅学習やオンライン勤務がノートパソコン市場の成長を刺激し、より高速で効率的かつ軽量なノートパソコン充電に対応できる窒化ガリウム充電器の需要が急増し始めている。

今年、窒化ガリウム充電器市場は発展の転換点を迎えたのでしょうか？20W、65W、100Wの窒化ガリウム充電器が次々と発売されています。どの電源製品が市場の主流となるのでしょうか？窒化ガリウムチップメーカーは、端末メーカーの急速充電製品の発売をどのように支援しているのでしょうか？窒化ガリウム急速充電のエコシステムはどのように進展しているのでしょうか？最新の消費者体験に基づき、記者はNanos Semiconductorの営業部長である李文輝氏、Innosecのマーケティング部長である周偉氏、製品アプリケーションマネージャーである鄒延波氏、Nitrosilicon Technologyの営業部長である呉欣氏にインタビューを行いました。彼らは、業界の最新の市場動向と技術ソリューション分析に関する洞察を提供してくれました。

窒化ガリウム充電器市場はいつ転換点を迎えるだろうか？

2018年、ナノヴィ・セミコンダクターは窒化ガリウム（GaN）を用いた急速充電技術を初めて市場に投入しました。2020年には、モバイル機器市場の巨大さが業界関係者の間で認識され、100種類以上のGaN急速充電器が量産体制に入りました。GaN技術は、電気自動車、5G、データセンター、太陽光発電といった高出力市場にも進出しています。

今年1月26日、Navitas Semiconductorは、同社のチップ出荷台数が新記録を達成したことを正式に発表した。同社は1300万個以上の窒化ガリウム（GaN）パワーICを市場に出荷し、製品不良ゼロを達成した。これは、世界のモバイル家電市場が、モバイル機器や関連機器の高速充電を実現するために、窒化ガリウムチップの採用を加速させていることを反映している。

中国珠海に本社を置くイノセックは、シリコンベースの窒化ガリウムパワーチップの世界三大サプライヤーの一つです。昨年、同社は4万個の窒化ガリウムチップを出荷しました。イノセックの営業部長である周偉氏は、電子機器愛好家とのインタビューで、今年の窒化ガリウムチップの出荷量は10倍に増加すると予想していると述べました。さらに、昨年の世界の窒化ガリウム出荷量は15万個近くに達したが、今年は100億個を超えるだろうと楽観的な見通しを示しました。

消費者の生活の質に対する要求が高まるにつれ、充電器市場は様々な課題に直面しています。例えば、消費者はよりパワフルで高速な充電速度を実現する充電器を求めています。しかし同時に、小型で洗練されたデザインであることも求められ、価格も高すぎないことが望まれています。こうしたニーズは、効率性、温度、EMI、出力インターフェースプロトコルの互換性など、メーカーや設計者にとって多くの問題を引き起こしています。

第三世代半導体の主要材料の一つである窒化ガリウム（GaN）は、高いスイッチング周波数、大きなバンドギャップ、低いオン抵抗という3つの主要な特徴を備えています。従来のシリコン（Si）技術に比べて100倍高速に動作し、最先端の急速充電器製品に採用することで、既存製品をはるかに凌駕する性能を実現し、同じサイズで出力電力を3倍に高めることができます。

写真：ナビタス・セミコンダクターの営業部長、李文輝氏

窒化ガリウム充電器は現在、市場普及の分野で2つの大きな課題を抱えている。Navitas Semiconductorの販売部長である李文輝氏は次のように述べている。「第一に、GaN急速充電は新しいタイプの充電器であり、市場への普及には一定の育成期間が必要です。第二に、窒化ガリウム充電器の価格は従来の充電器の2倍以上であり、価格の低下は窒化ガリウム充電器の普及にとって重要な前提条件です。2018年には、45W GaN充電器の価格は60米ドルでした。昨年までに、Xiaomiの65W GaN充電器は149元（23米ドル）に達し、サードパーティブランドでさえ99元に達しました。私たちの目標は、2022年末までにGaN充電器とシリコン充電器の価格を同程度にすることです。価格が妥当な範囲に達したら、市場の転換点が訪れると信じています。」

イノセックの販売部長である周吉氏は、より楽観的だ。彼は、市場の転換点は約1年後に見られると確信している。GaN充電器の価格はシリコン充電器の価格に近づいており、転換点が訪れるだろう。イノセックは昨年、第1世代窒化ガリウムパワーIC製品INN650D 02の量産を開始した。第2世代製品は今年上半期に発売される予定で、性能がさらに向上している。同時に、1枚のウェハでより多くのデバイスを製造できるため、コスト削減と生産能力の向上につながる。これらはすべて、市場出荷にとって有利な保証となる。

写真：ニトロシリコンテクノロジーのセールスマネージャー、呉俊俊

窒素シリコンテクノロジーの営業部長である呉俊俊氏は記者団に対し、窒化ガリウム（GaN）充電器は2年後に市場で転換点を迎えると予想していると述べた。2023年までに、窒化ガリウムチップは充電器だけでなく、電源アダプター、照明用電源、テレビ用電源などにも広く普及するだろう。

65W窒化ガリウム充電器は、コストと汎用性の2つの重要な要素により、市場で主流になりつつある。

電子機器愛好家の調査データによると、2020年に10社の携帯電話メーカーが18種類の窒化ガリウム急速充電モデルを発売しました。OPPO、realme、Xiaomi、Nubia、Samsung、Lenovo、ZTEはすべて窒化ガリウム急速充電市場に参入しています。携帯電話ブランドとサードパーティブランドに牽引され、窒化ガリウム急速充電は、20W～120Wの製品が数百種類あり、スタイルも非常に多様です。さらに、ノートパソコンメーカーも窒化ガリウム急速充電市場に参入しており、特に65W以上の高出力製品が目立ちます。代表的なブランドとしては、Lenovo、Asus、Dell、Xiaomiなどが挙げられます。

最近、Navitas Semiconductorの営業部長である李文輝氏は記者に対し、「昨年後半からGaN充電器が大量に市場に投入され始めました。当社では基本的に毎月2～3種類の特注充電器製品の受注があり、サードパーティブランドが代表するバックエンド市場も徐々に拡大しています。60W～100W仕様の窒化ガリウム充電器が徐々に市場の主流になりつつあります」と語った。

65Wが窒化ガリウム充電器の主流構成となった。李文輝氏は、その背景には主に2つの理由があると分析している。まず、Xiaomi、OPPO、Huaweiが相次いで65Wの窒化ガリウム充電器を市場に投入し、この流れが市場ニーズに合致していること。次に、ノートパソコン用アダプターの一般的な電力要件は65Wであり、最新のノートパソコンのほとんどがUSB-Cポートを採用していること。窒化ガリウム充電器はUSB-Aポートも考慮に入れ、2ポートまたは3ポート設計を採用することで、より多くのモバイル端末の充電に対応できるようになったこと。

急速充電市場の変化について、Innosecの営業部長である周氏は、USB PDとType-Cが充電器に変化をもたらすと指摘した。昨年、Type-CとUSB PD急速充電はノートパソコンで普及した。特に昨年後半には、電動工具や小型家電メーカーもUSB PD急速充電を採用し始めた。主要な携帯電話メーカーやコンピューターメーカーもこの規格に近づき始めている。さらに、5G携帯電話の消費電力が大幅に増加している。主流の携帯電話のバッテリー容量は一般的に4,000mAhを超えている。65W窒化ガリウム充電器は45分でフル充電でき、10分で20～30%まで充電できるため、充電不安の問題を解決できる。

写真：イノセック製品アプリケーションマネージャー、鄒延波

イノセックの製品アプリケーションマネージャーである鄒延波氏は、65Wが主流構成になる主な理由は、顧客や消費者がコスト効率の良い製品を求めているためだと分析した。100Wから200Wの窒化ガリウム急速充電の性能は大幅に向上しているものの、必要な回路基板の増加に伴いサイズが大きくなり、価格も高騰する。主にゲーミングノートパソコンの充電に使用されており、現在の需要はそれほど伸びないだろう。

国家電網の義務規定によると、75Wを超えるスイッチング電源には、力率を改善し負荷特性を向上させるためにPFC回路を追加する必要があります。高出力窒化ガリウム充電器にはPFC回路を追加する必要があるため、部品コストが大幅に増加します。しかし、市場の消費者はコスト効率の良い製品を求めています。65Wであれば、携帯電話やノートパソコンの汎用充電に対応できます。充電器のコストは妥当な範囲に抑えられており、消費者がシリコン充電器から新世代の窒化ガリウム充電器に移行するのに有利です。

イノセックの窒化ガリウムチップは、100WシングルC急速充電器、100Wマルチポート急速充電器、65WシングルC超薄型急速充電器、150W LED電源、デュアルチャンネルLiDARなどの製品に採用されています。

写真：Innosecチップを使用した100Wマルチポート急速充電デモ

今年のCES2021オンライン展示会において、NanoVis GaNFastパワーIC（NV6127）を2個搭載したOmega製充電器がイノベーション賞を受賞しました。これは世界最小の200W窒化ガリウム充電器であり、従来の充電器に比べて最大66%小型化されています。互換性に関しては、Apple、Samsung、Huawei、Qualcomm、OPPO、Vivoなど、主要メーカーの製品すべてに対応しています。

図：ナノマイクロパワーチップを使用した200Wミニ充電器

Nitrogen Silicon Technologyの営業マネージャーであるWu Junjun氏は、65WミニPD急速充電、65W 1A1C窒化ガリウム急速充電、65W 2C1A窒化ガリウム急速充電を含む、同社の65W急速充電製品アプリケーションシリーズを記者に紹介した。これらのうち、65WミニシングルCと1C1Aは、制御IC、同期整流IC、プロトコルICなど、すべて国産ICを含む国産バージョンである。さらに、高出力120W分野では、Nitrogen Siliconは数ヶ月のアプリケーション研究を経て、業界のPFC+LLCトポロジー窒化ガリウム急速充電の回路干渉問題を解決し、120W 2C1A窒化ガリウム急速充電ソリューションを発表した。

Bilibiliで、ある消費者から次のようなフィードバックがありました。

「易九無奇」というニックネームのメディア関係者は、シャオミ11の記者会見で、シャオミのスマートフォンにはあまり注目していなかったと語った。それよりも、シャオミの65W窒化ガリウム充電器に深く感銘を受けたという。記者会見が終わるとすぐに、彼は公式サイトにアクセスしてこの窒化ガリウム充電器を注文した。

彼は、従来の充電器の欠点は、大きくて専用で持ち運びが不便なことだと述べた。彼は複数の端末機器を所有しており、特にビジネス出張中に1つの充電器で複数の機器を充電できることを望んでいる。Xiaomiの65W窒化ガリウム充電器は、従来のシリコン充電器のわずか3分の1のサイズだ。彼はXiaomiのシングルポート窒化ガリウム充電器をテストし、充電性能に概ね満足した。さらに、彼は市場に出回っている他のデュアルポート窒化ガリウム充電器もテストし、同時に充電するとUSB Aが電流を遮断し、Type-Cポートは正常に使用できることを発見した。2つは互いに影響し合う。さらに、彼は65W窒化ガリウム充電器を使用してApple Macbook Proを充電してみたが、インターネットの閲覧、ビデオの視聴、ビデオの編集に問題はなかった。

窒化ガリウムチップは在庫切れですか？エコシステムチェーンの形成が充電器市場の勢いを加速させる

GaN電源の市場浸透率は徐々に上昇しており、様々なメーカーが積極的に展開している。GaN電源市場は32.8億ドル規模のシリコン電源市場に比べるとまだ比較的小さいものの、YoleはGaN市場が2021年から2023年にかけて55%成長し、2023年には4億2000万ドルに達すると予測している。現在、アイルランドのNavitas、米国のPower Integrations、中国のInnosecが、窒化ガリウムチップをベースとした急速充電ソリューションの世界トップ3サプライヤーとなっている。

昨年の最終四半期に半導体チップの不足が深刻化し始めた。2021年に入っても、チップ業界の不足は緩和の兆しを見せていない。MCU、Bluetoothチップ、TWSヘッドセットNORフラッシュチップ、車載チップの不足は世界中で広がっている。業界関係者によると、8インチ工場の生産能力不足は今年上半期末まで続く見込みだ。生産能力の問題を根本的に解決するには、チップメーカーは8インチファウンドリの注文を12インチ生産に移行するしかない。台湾のアナリストは、世界的な8インチ生産能力の問題は今年上半期には改善しないと考えている。下流のチップメーカーにとって、ウェハー工場からどれだけの生産能力を得られるかが、企業の業績に直接影響する。

「今年は多くのウェハー製造工場が価格を引き上げ、生産能力が逼迫しています。特に今年は窒化ガリウム製充電器が大量に市場に出回っていますが、窒化ガリウム製パワーチップの供給状況はどうでしょうか？」 ナビタス・セミコンダクターの営業部長、李文輝氏は記者に対し、「ナビタスが発売したGaNFast窒化ガリウムチップは専用ラインを使用しています。ナビタスはTSMCのGaN生産ラインにおける最大の顧客であり、当社は常に長期的な供給協力関係を築いており、納期は昨年と同程度です。シャオミとOPPOはどちらも通常通り供給しており、消費者は通常の流通経路を通じてナノスケール窒化ガリウム製パワーチップを使用した充電器を購入できます」と回答した。

業界の専門家は、窒化ガリウム急速充電製品は主に2つのコアコンポーネントで構成されており、1つは電源管理ICチップ、もう1つは電源ディスクリートデバイスであると指摘した。分解図を見ると、充電器は窒化ガリウム電源デバイス、プロトコルチップとメイン制御チップ、同期整流チップ、回路とコンデンサの4つの主要部分で構成されていることがわかる。Navitas Semiconductorの営業部長である李文輝氏は、窒化ガリウム電源チップ、プロトコルチップメーカー、同期整流チップメーカー、メインコントローラメーカーの協力のみが、GaN充電器市場全体の急速な成長を促進できると指摘した。たとえば、2A2C 65W窒化ガリウム充電器は、1～2個の電源IC + メイン制御チップ（ON Semiconductor/Xinyuan） + 4個のCypress/Zhirongプロトコルチップを搭載している。したがって、業界チェーン全体の協調的な発展が、窒化ガリウム充電器市場の供給と好循環を保証する。

今後、窒化ガリウムチップの急速な発展を実現するには、生産能力の確保が重要な前提条件となる。イノセックの営業部長である周毅氏は、中国の半導体企業が真の生産能力問題を解決できるのは、IDMモデルを採用してチップの設計と製造を統合し、産業チェーン全体を完全に制御することによってのみ可能になると考えている。

2018年、イノセックの珠海8インチウェハー工場の生産能力は月間4,000枚のウェハーに達しました。イノセックは2018年から、より大規模なウェハー工場の建設を計画してきました。2020年9月19日、蘇州にあるイノセックの第3世代半導体拠点で設備の搬入式が行われました。本格稼働後は、月間65,000枚の8インチシリコンベース窒化ガリウムウェハーの生産が見込まれています。同社の製品ラインは、30Vから650Vまでの窒化ガリウムチップの全範囲をカバーしています。これらの製品は、5Gモバイル通信、データセンター、新エネルギー車、自動運転、携帯電話の急速充電などの戦略的新興産業の自主的なイノベーションと開発のためのコア電子部品を提供します。

イノセックの急速な発展は、国内の窒化ガリウムチップおよび周辺チップのサプライチェーンの開放にもつながっている。イノセックの20W GaN充電器を分解したところ、プロトコルチップはHuinengtai製、制御チップはNanxin Semiconductor製であることがわかった。国内メーカーの継続的な参入により、国内の窒化ガリウム産業チェーンが徐々に形成され、品質を確保しながら大規模な供給が可能になった。周氏は、イノセックのパートナー40社以上が窒化ガリウム充電器を量産していることを明らかにした。今後2年間で、低電圧窒化ガリウム製品の生産量は徐々に増加するだろう。充電器以外にも、窒化ガリウムチップ製品は産業分野、人工知能データセンター、ライダー分野にも応用範囲を広げている。

現在、国内のGaNは基本的に低消費電力ですが、主な理由は2つあります。1つは、GaN製造プロセスの敷居が非常に高く、技術がまだ十分に成熟していないこと。もう1つは、パワーマネジメントICも再設計する必要があり、従来のソリューションをそのままコピーできないことです。国内のスタートアップ企業は多数参入していますが、現在、実際に突破できるのはどの企業かは市場の動向次第です。GaNはヘテロエピタキシャル材料を使用するため、設計と製造プロセスにおいて大きな課題があります。世界中で成熟した量産型GaN生産ラインは非常に限られています。

GaN充電器のコストは従来の充電器の2倍ですが、年間20～30%のペースで低下しています。Apple、Huawei、Xiaomiといった携帯電話メーカーが標準の窒化ガリウム充電器を発表するにつれ、市場には新たな発展の機会が生まれると確信しています。設計力、技術力、そしてGaN生産能力を備えたメーカーは、この激しい競争市場において有利な立場を築くことができるでしょう。

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