Baru-baru ini, menurut orang yang biasa dengan perkara ini, Huawei sedang merekrut orang untuk penyelidikan dan pembangunan peranti kuasa syarikat itu, termasuk peranti kuasa arus perdana seperti IGBT, MOSFET, SiC dan GaN. Dikatakan bahawa pasukan itu kini mempunyai ratusan orang. Bukan rahsia lagi bahawa Huawei membangunkan peranti kuasanya sendiri. Jadi, apakah jenis permainan besar yang dimainkan oleh Huawei dalam penyelidikan dan pembangunan peranti kuasa ini? (Kandungan ini diterbitkan semula daripada akaun awam [Pemerhatian Industri Semikonduktor] ID: icbank Pengarang: Du Qin DQ)

 

Mengapa perlu memberi perhatian kepada peranti kuasa?

Kita semua tahu bahawa Huawei sangat mahir dalam membuat cip, dan cip Kirinnya setanding atau mengatasi Qualcomm dan Apple, tetapi sebenarnya, peranti kuasa juga merupakan bahagian yang sangat penting dalam semikonduktor. Peranti kuasa merupakan teras penukaran kuasa dan kawalan litar dalam peranti elektronik. Ia merupakan komponen teras yang melaksanakan fungsi seperti voltan, frekuensi dan penukaran DC kepada AC. Ia terutamanya merangkumi diod, tirostor, MOSFET dan IGBT. Walau bagaimanapun, teknologi seperti diod dan tirostor agak lama dan secara beransur-ansur telah ditinggalkan oleh pengeluar utama. Terutamanya apabila peranti semikonduktor kuasa secara beransur-ansur berkembang ke arah voltan tinggi dan frekuensi tinggi, peranti semikonduktor kuasa berasaskan silikon tradisional dan bahannya menghampiri had fizikal. Di samping itu, semikonduktor sebatian generasi kedua tidak sesuai dari segi kos dan ketoksikan. Pengeluar antarabangsa utama telah memfokuskan masa depan industri pada semikonduktor majmuk generasi ketiga. Boleh dikatakan bahawa generasi ketiga semikonduktor adalah hala tuju pembangunan peranti kuasa pada masa hadapan. Dua Sesi Kebangsaan baru sahaja berakhir baru-baru ini, dan semikonduktor generasi ketiga (GaN dan SiC) sekali lagi menjadi salah satu kata kunci bagi kedua-dua sesi tersebut. Semasa dua sesi tersebut, Wang Wenyin, ahli Jawatankuasa Kebangsaan Persidangan Perundingan Politik Rakyat China, berkata dalam satu temu bual bahawa apabila jangkauan industri semikonduktor generasi ketiga meluas ke bidang utama seperti stesen pangkalan 5G, UHV, pengangkutan kereta api berkelajuan tinggi antara bandar dan cerucuk pengecasan tenaga baharu, pembangunan industri semikonduktor negara saya telah tiba. Menurut ramalan TrendForce Consulting, hasil peranti komunikasi dan kuasa GaN pada tahun 2021 masing-masing akan mencecah US$680 juta dan US$61 juta, peningkatan tahunan sebanyak 30.8% dan 90.6%; bagi peranti SiC, dianggarkan hasil peranti SiC dalam medan kuasa akan mencecah US$680 juta pada tahun 2021, peningkatan tahunan sebanyak 32%. China merupakan pengguna peranti kuasa terbesar di dunia. Kadar kemandirian keseluruhan peranti kuasa domestik adalah kurang daripada 10%. Terdapat ruang yang besar untuk penggantian domestik, terutamanya dalam peranti mewah. Jom kita tengok betapa panasnya GaN? Menurut laporan media Taiwan pada Februari tahun ini, TSMC membeli 16 peralatan berkaitan GaN, yang merupakan lebih daripada dua kali ganda bilangan 6 unit di kilang enam inci sedia ada. Ini bersamaan dengan peningkatan kapasiti pengeluaran kepada lebih daripada 10,000 keping, yang menunjukkan betapa besarnya permintaan untuk pesanan pelanggan. Pembekal GaN Nanosemiconductor, yang juga pelanggan utama TSMC, baru-baru ini mengumumkan bahawa penghantarannya telah mencipta rekod baharu dan telah berjaya menghantar lebih daripada 13 juta IC kuasa GaN ke pasaran, mencapai kegagalan produk sifar. Ini mencerminkan bahawa pasaran elektronik pengguna mudah alih global sedang mempercepatkan penggunaan cip GaN bagi membolehkan pengecasan pantas peranti mudah alih dan peralatan berkaitan. Pada Februari 2020, di persidangan pelancaran Xiaomi 10, cip kuasa galium nitrida GaNFast Nanomicro telah digunakan dalam pengecas galium nitrida 65W Xiaomi buat kali pertama, dan GaN mula menarik perhatian orang ramai. Kini Xiaomi Mi 11 bakal dilancarkan di pasaran dengan versi baharu pengecasan pantas 55W GaN. Pengecas ini akan disertakan dengan telefon pintar Xiaomi Mi 11 apabila ia dilancarkan di luar negara. Menurut Gene SHERIDAN, Ketua Pegawai Eksekutif dan pengasas bersama Navitas, versi luar negara pengecas galium nitrida Nano GaNFast 55W standard Xiaomi Mi 11 mempunyai AC 2-pin standard Eropah, yang menandakan bahawa pengeluar telefon pintar arus perdana telah mula menerima pakai teknologi galium nitrida, dan juga menandakan bahawa industri telah mula menghentikan cip silikon berkelajuan rendah lama secara berperingkat.

Dapatkan kedua-dua IGBT dan SiC

Berkenaan IGBT dan SiC, industri ini sentiasa mempunyai kebimbangan tersembunyi. Ketika IGBT secara beransur-ansur menghampiri had prestasi bahan silikon, bahan semikonduktor generasi ketiga SiC dianggap sebagai pencabar baharu kepada IGBT dalam kenderaan elektrik masa hadapan. Walau bagaimanapun, menurut analisis oleh orang dalam industri, "SiC adalah seperti remaja yang bijak dan berkemahuan kuat dengan kelebihan yang luar biasa dan kekurangan yang sama-sama luar biasa. IGBT lebih seperti seorang pemuda yang mantap dan matang yang boleh memikul beban peranti kuasa." Oleh itu, memandangkan pembahagian kerja yang berbeza antara kedua-duanya, pendekatan dua hala Huawei terhadap IGBT dan SiC juga merupakan pilihan yang bijak. Peranti kuasa pertama yang dikhabarkan akan dibuat oleh Huawei ialah IGBT. IGBT ialah peranti teras untuk penukaran dan penghantaran tenaga, yang biasanya dikenali sebagai "CPU" peranti elektronik kuasa. Sebagai syarikat terkemuka dalam bekalan kuasa UPS, Huawei menduduki bahagian pasaran pertama dalam pusat data global, jadi IGBT ialah komponen teras bekalan kuasa UPS Huawei. Di samping itu, sebagai industri strategik negara yang sedang membangun, IGBT digunakan secara meluas dalam pengangkutan rel, grid pintar, aeroangkasa, kenderaan elektrik dan peralatan tenaga baharu serta bidang lain. Dengan pembangunan kenderaan tenaga baharu, transit rel dan grid pintar, permintaan untuk IGBT telah mengalami pertumbuhan yang ketara. Peranti kuasa merupakan salah satu peranti elektronik teras dalam sistem kawalan elektronik kenderaan tenaga baharu. Nilai peranti kuasa dalam kenderaan tenaga baharu adalah lebih daripada lima kali ganda daripada kenderaan bahan api tradisional. Khususnya, IGBT menyumbang kira-kira 37% daripada kos sistem kawalan elektronik kenderaan tenaga baharu. Selain IGBT, difahamkan bahawa Huawei juga sedang membangunkan SiC. Dalam tempoh dua tahun yang lalu, disebabkan oleh ciri-ciri unik dan cemerlang SiC, pengeluar kereta telah mula memperkenalkan peranti SiC secara berturut-turut. Semua orang tahu tentang susun atur Huawei dalam kereta. Huawei tidak membina kereta, tetapi menumpukan pada teknologi ICT untuk membantu syarikat kereta membina kereta yang baik. Huawei komited untuk menjadi pembekal komponen tambahan untuk kenderaan pintar yang terhubung. Penyelidikan dan pembangunan IGBT dan SiC juga merupakan hala tuju Huawei untuk menjadi pembekal alat ganti automotif. Namun buat masa ini, peranti semikonduktor kuasa automotif masih didominasi oleh IGBT berasaskan silikon, manakala MOSFET berasaskan SiC mewakili masa depan kerana ia mempunyai prestasi yang lebih kukuh, tetapi halangan terbesar kepada promosi semasa adalah kos yang tinggi. Walau bagaimanapun, apabila pek bateri kuasa kenderaan menjadi semakin besar, dan kuasa maksimum/tork puncak motor menjadi semakin tinggi, kelebihan MOSFET berasaskan SiC menjadi semakin ketara. Peranti kuasa SiC juga mempercepatkan penyepaduannya ke dalam bidang pengecas kenderaan. Banyak pengeluar telah melancarkan peranti kuasa SiC untuk pengecas kenderaan elektrik seperti HEV/EV. Menurut statistik Yole, pasaran ini boleh mengekalkan kadar pertumbuhan sebanyak 44% sebelum 2023.    

Evolusi jangka panjang SiC kuasa (Sumber: Yole)Dalam bidang pelaburan, Hubble Technology Investment Co., Ltd., anak syarikat Huawei, telah melabur dalam Shandong Tianyue Advanced Materials Technology Co., Ltd., syarikat silikon karbida bahan semikonduktor generasi ketiga yang terkemuka di negara saya, tahun lepas, dengan memegang 10% kepentingan. Pada Julai 2020, Huawei juga melabur dalam Dongwei Semiconductor, yang terutamanya mempunyai tiga siri produk: siri GreenMOS voltan tinggi, siri SGTMOS voltan sederhana dan rendah, dan siri IGBT, yang digunakan secara meluas dalam pengecas pantas, aplikasi cerucuk pengecasan, bekalan kuasa pensuisan, pemacu motor DC, dan penyongsang fotovoltaik.    

Perancangan untuk GaN

Menurut ramalan Yole, GaN akan digunakan terutamanya dalam elektronik pengguna, elektronik automotif, kemudahan teknologi telekomunikasi, dan sebagainya. Dalam bidang galium nitrida, trend utama dalam penyepaduan peranti GaN ialah penyelesaian sistem-dalam-pakej atau sistem-pada-cip. Malah, peranti kuasa GaN kebanyakannya dijual kepada pasaran elektronik. Bagi pasaran pengguna, ini adalah trend teknologi yang jelas. Yang lebih tipikal ialah pengecasan pantas. Produk kepala pengecasan pantas terutamanya merangkumi dua komponen teras, satu ialah cip IC pengurusan kuasa, dan yang satu lagi ialah peranti diskret kuasa. Keperluan untuk pengecasan pantas ialah ketumpatan dan kecekapan kuasa. Jadi syarikat perlu benar-benar memampatkan sistem dan menurunkan harga setiap kuasa dalam faktor bentuk ini.    

Rajah 2: Pasaran GaN Kuasa (Sumber: Yole)  
Apabila teknologi GaN semakin matang, teknologi GaN boleh membolehkan komponen yang diperkemas mencapai saiz, berat, dan sebagainya yang lebih baik. melalui reka bentuk yang bijak. Di samping itu, berbanding komponen berasaskan silikon biasa, komponen GaN bertukar 10 kali lebih pantas dan boleh beroperasi pada suhu yang lebih tinggi. Oleh itu, aplikasi GaN dalam bidang pengecasan pantas USB PD telah menjadi sangat biasa. Pada 8 April 2020, semasa pelancaran produk baharu musim bunga Huawei 2020, Huawei telah mengeluarkan produk pengecas tunggal - pengecas dwi-port GaN (galium nitrida) 65W. Pada masa itu, terdapat khabar angin bahawa Huawei sedang membangunkannya sendiri, tetapi situasi sebenar masih belum disiasat. Walau bagaimanapun, orang yang biasa dengan rantaian bekalan Huawei menunjukkan bahawa Huawei mempunyai kehadiran yang mendalam dalam bidang GaN. Pada masa ini, terdapat banyak pengeluar di pasaran yang menggunakan pengecasan pantas GaN, seperti Power Integration, Inc., Navitas dan Innoscience, tiga pembekal utama. Selain Huawei HiSilicon, banyak syarikat domestik, termasuk Haite High-tech, Hailu Heavy Industry, Suzhou Jingzhan, Jiangsu Huagong, Chongqing China Resources Micro dan Hangzhou Silan Micro, telah aktif menggunakan semikonduktor generasi ketiga. Dijangkakan bahawa apabila permintaan pengguna terhadap kebolehgunaan meningkat, pasaran pengecasan pantas GaN global dijangka mencecah lebih daripada 60 bilion yuan pada tahun 2025, di samping mempercepatkan penggantian produk berasaskan silikon dengan cip GaN dalam bidang baru muncul yang lain. Selain pengecasan pantas dalam bidang elektronik pengguna, peranti diskret berasaskan GaN juga lebih sesuai untuk aplikasi berkuasa tinggi, seperti pusat data atau bekalan kuasa stesen pangkalan. Pada bulan Jun 2020, Huawei mengumumkan bahawa ia akan menubuhkan pangkalan R&D dan pembuatan optoelektronik di UK. Fasa pertama projek ini akan memberi tumpuan kepada R&D dan pembuatan peranti optik dan modul optik. Dengan mengintegrasikan fungsi R&D dan pembuatan, kita dapat mempercepatkan proses pembangunan dan pengkomersialan produk serta membawa produk ke pasaran dengan lebih cekap. Teknologi optoelektronik merupakan teknologi utama untuk sistem komunikasi gentian optik, dan pelaburan utama Huawei di UK bertujuan untuk menggalakkan aplikasi teknologi berkaitan dalam pusat data global dan infrastruktur rangkaian. Apabila ia berkaitan dengan bidang optoelektronik, penggunaan kuasa GaN yang rendah dan kecekapan bercahaya yang tinggi membantu LED dan laser ultraungu. Diod pemancar cahaya ultraungu (LED) dalam berdasarkan semikonduktor GaN merupakan hala tuju pembangunan arus perdana sumber cahaya pembasmian kuman ultraungu. Sumber cahaya mereka bersaiz kecil, berkecekapan tinggi, dan tahan lama. Modul cip sebesar penutup ibu jari boleh memancarkan cahaya ultraungu yang lebih kuat daripada lampu merkuri. Dalam bidang frekuensi radio GaN, Huawei telah menggunakan penguat kuasa galium nitrida di stesen pangkalan 4G LTEnya beberapa tahun yang lalu. Kemudian, dengan kemunculan 5G, GaN mempunyai potensi yang semakin besar kerana pada frekuensi tinggi, ketumpatan kuasa GaN masih sangat baik berbanding LDMOS, dan kecekapan kuasa tambahan juga meningkat. Menurut ramalan data Yole (Rajah 2), penggunaan GaN dalam pusat data berkembang dengan perlahan. Ezgi Dogmus, penganalisis teknologi dan pasaran di Yole, berkata ini adalah kerana kekurangan peraturan. Jika kerajaan memperkukuh penyeliaan ketat terhadap pusat data bagi mengurangkan penggunaan kuasa, kadar penembusan GaN di pusat data akan menjadi lebih tinggi. Apabila keperluan kecekapan tinggi meningkat, galium nitrida memainkan peranan penting berbanding silikon yang masih memenuhi keperluan semasa. Dalam bidang automotif, apabila semakin banyak komponen digunakan dalam kereta, peranan GaN semakin ketara. Pada 11 Ogos 2020, di Forum Buku Biru Automotif ke-12, Wang Jun, Presiden Huawei Smart Car Solutions BU, mendedahkan bahawa Huawei sedang membangunkan teknologi lidar. Kemajuan dalam transistor GaN telah terbukti penting untuk membangunkan sistem lidar berketepatan tinggi. Sistem LiDAR memancarkan denyutan cahaya daripada laser pemancar permukaan rongga menegak (VCSEL), yang memerlukan kawalan elektrik berkuasa tinggi dan sangat pantas dengan masa naik dan turun yang singkat. Ini adalah salah satu sebab mengapa galium nitrida memberi manfaat kepada sistem lidar. Suis galium nitrida jauh lebih pantas daripada FET silikon, membolehkan lebar denyut pendek pada arus tinggi. Sifat ini penting untuk lidar kerana lebar denyut yang lebih pendek membolehkan resolusi yang lebih tinggi, dan arus denyut yang tinggi membolehkan sistem lidar melihat lebih jauh.

Keadaan keseluruhan semikonduktor kuasa domestik

Akhir sekali, mari kita lihat secara sistematik situasi rantaian perindustrian semikonduktor kuasa domestik, terutamanya IGBT, SiC dan GaN. Pertama, mari kita lihat keseluruhan rantaian industri IGBT. IGBT domestik pada asasnya telah dibentangkan dalam keseluruhan rantaian industri seperti reka bentuk cip, pembuatan wafer dan pembungkusan modul, tetapi ia hanya di peringkat awal. Khususnya, pembuatan wafer, penipisan satah belakang dan proses pembungkusan merupakan kesukaran utama dalam teknologi pembuatan IGBT, dan terdapat jurang yang besar dengan negara asing dalam hal ini.

Menyusun keseluruhan rantaian industri IGBT domestik (Tabulasi: Pemerhatian Industri Semikonduktor)  
Dalam keseluruhan bidang SiC, dari segi substrat dan epitaksi SiC, China masih didominasi oleh produk 4 inci, dan produk 6 inci telah dibangunkan dan dibekalkan dalam kelompok kecil. Secara amnya, berbanding dengan negara asing, terdapat jurang dalam semua pautan keseluruhan rantaian nilai industri silikon karbida domestik, dan jurang tahap keseluruhan mungkin kira-kira 5 tahun. Berbanding dengan tahap asing yang paling maju, diod SiC domestik ketinggalan kira-kira satu generasi, kira-kira 2 hingga 3 tahun. Jurangnya tidak begitu besar, dan ia benar-benar mungkin untuk mengejar pada masa hadapan yang boleh dijangka. Tetapi ini memerlukan usaha serentak dari huluan dan hiliran keseluruhan rantaian nilai domestik untuk mencapai kemajuan.

Menyusun keseluruhan rantaian industri SiC domestik (Tabulasi: Pemerhatian Industri Semikonduktor)Menurut "Ramalan Global Pasaran Peranti Semikonduktor Galium Nitrida 2023" yang dikeluarkan oleh RESEARCH AND MARKETS, pasaran peranti galium nitrida dijangka berkembang daripada US$16.5 bilion pada tahun 2016 kepada US$22.47 bilion pada tahun 2023, dengan kadar pertumbuhan tahunan kompaun sebanyak 4.51%. Rantaian industri GaN merangkumi bahan huluan (substrat dan epitaksi), peranti dan modul pertengahan aliran, serta sistem dan aplikasi hiliran. Didorong oleh pengembangan pasaran GaN domestik secara beransur-ansur, sebilangan besar pengeluar telah mula muncul dalam semua pautan huluan, pertengahan aliran dan hiliran.  
 

Menyusun keseluruhan rantaian industri GaN domestik (Tabulasi: Pemerhatian Industri Semikonduktor)     

Kesimpulan

Secara keseluruhannya, dalam situasi antarabangsa semasa, perniagaan luar negara Huawei telah terbantut, dan perniagaan automotif yang baru muncul telah menjadi satu kejayaan bagi Huawei dalam mencari pertumbuhan, dan ia semakin penting dalam sektor perniagaan Huawei. Menceburi peranti kuasa, sama ada IGBT, SiC atau GaN, merupakan blok binaan untuk identitinya sebagai pembekal alat ganti automotif. Kemudian, berdasarkan ciri-ciri unggul peranti kuasa ini, ia boleh digunakan untuk peralatan mereka sendiri seperti bekalan kuasa stesen pangkalan, pengecasan pantas, penyelidikan dan pembangunan optoelektronik dan aplikasi lain.    

Pada masa ini, dalam bidang peranti kuasa semikonduktor generasi ketiga, kita berada dalam kedudukan yang baik dari segi tahap pembangunan teknologi domestik dan asing serta perhatian negara. Kebanyakan pakar domestik juga mempunyai sikap positif terhadap pembangunan semikonduktor generasi ketiga negara saya. Bahan semikonduktor generasi ketiga mungkin merupakan peluang yang baik untuk kita menyingkirkan situasi pasif litar bersepadu dan mencapai teknologi cip yang mengejar dan mengatasi. Syarikat yang berkebolehan seperti Huawei harus menerajui dan menerajui kebangkitan semikonduktor domestik!

Penafian: Artikel ini diterbitkan semula daripada "Power R&D Alliance", yang menyokong perlindungan hak harta intelek. Sila nyatakan sumber asal dan pengarang cetakan semula. Jika terdapat sebarang pelanggaran, sila hubungi kami untuk memadamkannya.

Nombor telefon syarikat: +86-0755-83044319
Faks/FAKS: +86-0755-83975897
E-mel: 1615456225@qq.com
SQ: 3518641314 Pengurus Li

QQ: 332496225 Pengurus Qiu

Alamat: Bilik 809, Bangunan C, Bangunan Teknologi Zhantao, No. 1079 Minzhi Avenue, Daerah Baharu Longhua, Shenzhen