Son zamanlarda, konuyla ilgili bilgi sahibi kişilere göre, Huawei, IGBT, MOSFET, SiC ve GaN gibi ana akım güç cihazları da dahil olmak üzere, şirketinin güç cihazı araştırma ve geliştirme birimi için personel alımı yapıyor. Ekibin şu anda yüzlerce kişiden oluştuğu söyleniyor. Huawei'nin kendi güç cihazlarını geliştirmesi bir sır değil. Peki Huawei, bu güç cihazlarının araştırma ve geliştirme alanında ne tür büyük bir oyun oynuyor? (İçerik, [Semiconductor Industry Observation] adlı kamu hesabından alınmıştır. Kimlik: icbank Yazar: Du Qin DQ)

 

Güç kaynaklarına neden dikkat etmeliyiz?

Huawei'nin çip üretiminde çok başarılı olduğunu ve Kirin çiplerinin Qualcomm ve Apple'ınkilerle kıyaslanabileceğini, hatta onları geride bırakabileceğini hepimiz biliyoruz, ancak aslında güç cihazları da yarı iletkenlerin çok önemli bir parçasını oluşturuyor. Güç cihazları, elektronik cihazlarda güç dönüştürme ve devre kontrolünün temelini oluşturur. Bunlar, voltaj, frekans ve doğru akımdan alternatif akıma dönüştürme gibi işlevleri gerçekleştiren temel bileşenlerdir. Bunlar başlıca diyotları, tristörleri, MOSFET'leri ve IGBT'leri içerir. Ancak diyotlar ve tristörler gibi teknolojiler nispeten eskidir ve büyük üreticiler tarafından kademeli olarak terk edilmiştir. Özellikle güç yarı iletken cihazlarının kademeli olarak yüksek voltaj ve yüksek frekansa doğru gelişmesiyle birlikte, geleneksel silikon tabanlı güç yarı iletken cihazları ve malzemeleri fiziksel sınırlarına yaklaşıyor. Ayrıca, ikinci nesil bileşik yarı iletkenler maliyet ve toksisite açısından uygun değildir. Önde gelen uluslararası üreticiler, sektörün geleceğini üçüncü nesil bileşik yarı iletkenlere odaklamış durumda. Üçüncü nesil yarı iletkenlerin, gelecekteki güç cihazlarının gelişim yönünü belirleyeceği söylenebilir. Ulusal İki Oturum yakın zamanda sona erdi ve üçüncü nesil yarı iletkenler (GaN ve SiC) bir kez daha iki oturumun anahtar kelimelerinden biri haline geldi. İki oturum sırasında, Çin Halk Siyasi Danışma Konferansı Ulusal Komitesi üyesi Wang Wenyin, bir röportajda, üçüncü nesil yarı iletken endüstrisinin 5G baz istasyonları, ultra yüksek voltaj (UHV), şehirlerarası yüksek hızlı demiryolu taşımacılığı ve yeni enerji şarj istasyonları gibi kilit alanlara yayılmasıyla birlikte, ülkemizin yarı iletken endüstrisinin gelişiminin hedefine ulaştığını söyledi. TrendForce Consulting'in tahminine göre, 2021 yılında GaN iletişim ve güç cihazlarının gelirleri sırasıyla 680 milyon ABD doları ve 61 milyon ABD doları olacak ve bu da yıllık %30.8 ve %90.6'lık bir artış anlamına geliyor; SiC cihazları için ise güç alanındaki SiC cihazlarının gelirlerinin 2021 yılında 680 milyon ABD dolarına ulaşacağı ve yıllık %32'lik bir artış göstereceği tahmin ediliyor. Çin, dünyanın en büyük elektrikli cihaz tüketicisidir. Evlerde kullanılan elektrikli cihazların genel kendi kendine yeterlilik oranı %10'dan azdır. Özellikle üst düzey cihazlarda yerli üretimin yaygınlaşması için büyük bir potansiyel mevcut. Bakalım GaN ne kadar güçlüymüş? Tayvan medyasında bu yılın Şubat ayında yer alan haberlere göre, TSMC, mevcut altı inçlik fabrikadaki 6 adetlik ünite sayısının iki katından fazla olan 16 adet GaN ile ilgili ekipman satın aldı. Bu, üretim kapasitesinin 10,000 adetten fazla artmasına eşdeğerdir ve bu da müşteri siparişlerine olan talebin ne kadar büyük olduğunu göstermektedir. TSMC'nin önemli müşterilerinden biri olan GaN tedarikçisi Nanosemiconductor, yakın zamanda sevkiyatlarında yeni bir rekor kırdığını ve sıfır ürün arızasıyla 13 milyondan fazla GaN güç entegre devresini piyasaya başarıyla teslim ettiğini duyurdu. Bu durum, küresel mobil tüketici elektroniği pazarının, mobil cihazların ve ilgili ekipmanların hızlı şarj edilmesini sağlamak amacıyla GaN çiplerinin kullanımını hızlandırdığını yansıtmaktadır. Şubat 2020'de, Xiaomi 10 lansman konferansında, Nanomicro'nun GaNFast galyum nitrür güç çipi ilk kez Xiaomi'nin 65W galyum nitrür şarj cihazında kullanıldı ve GaN insanların dikkatini çekmeye başladı. Xiaomi Mi 11, 55W GaN hızlı şarj teknolojisinin yeni bir versiyonuyla piyasaya sürülmeye hazırlanıyor. Bu şarj cihazı, Xiaomi Mi 11 akıllı telefonlar yurt dışında piyasaya sürüldüğünde kutu içeriğinde yer alacak. Navitas CEO'su ve kurucu ortağı Gene Sheridan'a göre, Xiaomi Mi 11'in standart 55W Nano GaNFast galyum nitrür şarj cihazının yurtdışı versiyonu, Avrupa standardı 2 pinli AC girişine sahip. Bu durum, ana akım birinci sınıf akıllı telefon üreticilerinin galyum nitrür teknolojisini benimsemeye başladığını ve sektörün eski düşük hızlı silikon çiplerini aşamalı olarak kullanımdan kaldırmaya başladığını gösteriyor.

Hem IGBT'yi hem de SiC'yi alın.

IGBT ve SiC ile ilgili olarak, sektörde her zaman gizli bir endişe olmuştur. IGBT, silikon malzemenin performans sınırına kademeli olarak yaklaşırken, üçüncü nesil yarı iletken malzeme SiC, gelecekteki elektrikli araçlarda IGBT'ye yeni bir rakip olarak görülmektedir. Ancak, sektör içindekilerin analizine göre, "SiC, olağanüstü avantajları ve aynı derecede olağanüstü dezavantajları olan zeki ve güçlü iradeli bir genç gibidir. IGBT ise güç cihazlarının yükünü omuzlayabilecek istikrarlı ve olgun bir genç adam gibidir." Bu nedenle, ikisi arasındaki farklı iş bölümü göz önüne alındığında, Huawei'nin IGBT ve SiC'ye yönelik çift yönlü yaklaşımı da akıllıca bir seçimdir. Huawei'nin üreteceği söylenen ilk güç cihazı IGBT idi. IGBT, enerji dönüşümü ve iletimi için temel cihazdır ve genellikle güç elektroniği cihazlarının "CPU"su olarak bilinir. UPS güç kaynağında lider bir şirket olan Huawei, küresel veri merkezlerinde ilk pazar payına sahiptir, bu nedenle IGBT, Huawei'nin UPS güç kaynağının temel bileşenidir. Ayrıca, ulusal stratejik bir gelişmekte olan sektör olarak IGBT, demiryolu taşımacılığı, akıllı şebeke, havacılık, elektrikli araçlar ve yeni enerji ekipmanları gibi alanlarda yaygın olarak kullanılmaktadır. Yeni enerji araçları, demiryolu taşımacılığı ve akıllı şebekelerin gelişmesiyle birlikte IGBT'lere olan talep önemli ölçüde artmıştır. Güç cihazları, yeni enerji araçlarının elektronik kontrol sistemindeki temel elektronik cihazlardan biridir. Yeni enerji araçlarındaki güç cihazlarının değeri, geleneksel yakıtlı araçlara göre beş kat daha fazladır. Özellikle IGBT, yeni enerji araçlarının elektronik kontrol sisteminin maliyetinin yaklaşık %37'sini oluşturmaktadır. IGBT'ye ek olarak, Huawei'nin SiC de geliştirdiği bilinmektedir. Son iki yılda, SiC'nin benzersiz ve mükemmel özellikleri nedeniyle, otomobil üreticileri SiC cihazlarını kullanmaya başlamıştır. Huawei'nin otomobil sektöründeki konumunu herkes biliyor. Huawei otomobil üretmiyor, ancak otomobil şirketlerinin iyi otomobiller üretmesine yardımcı olmak için BİT teknolojisine odaklanıyor. Huawei, akıllı bağlantılı araçlar için artımlı bir bileşen tedarikçisi olmayı hedefliyor. IGBT ve SiC'nin araştırma ve geliştirilmesi de Huawei'nin otomotiv parça tedarikçisi olma yolundaki bir yönüdür. Ancak şu an için otomotiv güç yarı iletken cihazlarında silikon tabanlı IGBT'ler hala baskın konumdayken, SiC tabanlı MOSFET'ler daha güçlü performansları nedeniyle geleceği temsil ediyor; ancak mevcut yaygınlaşmanın önündeki en büyük engel yüksek maliyet. Bununla birlikte, araç güç batarya paketleri giderek büyüdükçe ve motorların maksimum gücü/tepe torku giderek arttıkça, SiC tabanlı MOSFET'lerin avantajları giderek daha önemli hale geliyor. SiC güç cihazlarının araç şarj cihazları alanına entegrasyonu da hızlanıyor. Birçok üretici, HEV/EV gibi elektrikli araçların şarj cihazları için SiC güç cihazları piyasaya sürdü. Yole istatistiklerine göre, bu pazar 2023'ten önce %44'lük bir büyüme oranını koruyabilir.    

Güç amaçlı SiC'nin uzun vadeli evrimi (Kaynak: Yole)Yatırım alanında, Huawei'nin bir iştiraki olan Hubble Technology Investment Co., Ltd., geçen yıl ülkemizin önde gelen üçüncü nesil yarı iletken malzeme silisyum karbür şirketi Shandong Tianyue Advanced Materials Technology Co., Ltd.'ye %10 hisseyle yatırım yaptı. Temmuz 2020'de Huawei ayrıca, ağırlıklı olarak üç ürün serisine sahip olan Dongwei Semiconductor'a da yatırım yaptı: yüksek voltajlı GreenMOS serisi, orta ve düşük voltajlı SGTMOS serisi ve IGBT serisi. Bu ürünler hızlı şarj cihazlarında, şarj istasyonu uygulamalarında, anahtarlamalı güç kaynaklarında, DC motor sürücülerinde ve fotovoltaik invertörlerde yaygın olarak kullanılmaktadır.    

GaN için planlama

Yole'nin tahminine göre, GaN ağırlıklı olarak tüketici elektroniği, otomotiv elektroniği, telekomünikasyon teknolojisi tesisleri vb. alanlarda kullanılacak. Galyum nitrür alanında, GaN cihaz entegrasyonundaki ana eğilim, sistem-paket içi veya sistem-çip çözümleridir. Aslında, GaN güç cihazları ağırlıklı olarak elektronik pazarına satılmaktadır. Tüketici pazarı için bu, açık bir teknoloji trendidir. Daha tipik olanı hızlı şarjdır. Hızlı şarj başlığı ürünü esas olarak iki temel bileşenden oluşur: biri güç yönetimi IC çipi, diğeri ise ayrık güç cihazıdır. Hızlı şarj için gereksinimler güç yoğunluğu ve verimliliktir. Bu nedenle şirketler, bu form faktöründe sistemi gerçekten sıkıştırmak ve güç başına maliyeti düşürmek zorundadır.    

Şekil 2: Güç GaN pazarı (Kaynak: Yole)  
GaN teknolojisi olgunlaştıkça, daha iyi boyut, ağırlık vb. özelliklere sahip, daha verimli bileşenler üretilmesine olanak sağlayabilir. Akıllı tasarım sayesinde. Ek olarak, sıradan silikon tabanlı bileşenlere kıyasla, GaN bileşenleri 10 kat daha hızlı anahtarlama yapar ve daha yüksek sıcaklıklarda çalışabilir. Bu nedenle, GaN'nin USB PD hızlı şarj alanındaki uygulaması oldukça yaygınlaşmıştır. Huawei, 8 Nisan 2020'de, 2020 ilkbahar yeni ürün lansmanında, tek bir şarj cihazı ürünü olan 65W GaN (galyum nitrür) çift portlu şarj cihazını piyasaya sürdü. O dönemde Huawei'nin bunu kendi başına geliştirdiğine dair söylentiler vardı, ancak gerçek durum henüz araştırılmadı. Ancak, Huawei'nin tedarik zincirine aşina olan kişiler, Huawei'nin GaN alanında güçlü bir varlığa sahip olduğunu belirtti. Şu anda piyasada GaN hızlı şarj teknolojisini kullanan birçok üretici bulunuyor; bunlar arasında Power Integration, Inc., Navitas ve Innoscience gibi üç büyük tedarikçi yer alıyor. Huawei HiSilicon'ın yanı sıra, Haite High-tech, Hailu Heavy Industry, Suzhou Jingzhan, Jiangsu Huagong, Chongqing China Resources Micro ve Hangzhou Silan Micro dahil olmak üzere birçok yerli şirket de üçüncü nesil yarı iletkenleri aktif olarak kullanıma sunmuştur. Kullanıcıların taşınabilirlik talebinin artmasıyla birlikte, küresel GaN hızlı şarj pazarının 2025 yılında 60 milyar yuanı aşması ve diğer gelişmekte olan alanlarda silikon tabanlı ürünlerin GaN çiplerle değiştirilmesinin hızlanması bekleniyor. GaN tabanlı ayrık cihazlar, tüketici elektroniği alanındaki hızlı şarjın yanı sıra, veri merkezleri veya baz istasyonu güç kaynakları gibi yüksek güç gerektiren uygulamalar için de daha uygundur. Haziran 2020'de Huawei, İngiltere'de bir optoelektronik Ar-Ge ve üretim üssü kuracağını duyurdu. Projenin ilk aşaması, optik cihazların ve optik modüllerin Ar-Ge ve üretimine odaklanacaktır. Ar-Ge ve üretim fonksiyonlarını entegre ederek, ürün geliştirme ve ticarileştirme süreçlerini hızlandırabilir ve ürünleri pazara daha verimli bir şekilde sunabiliriz. Optoelektronik teknolojisi, optik fiber iletişim sistemleri için kilit bir teknolojidir ve Huawei'nin İngiltere'deki büyük yatırımı, ilgili teknolojilerin küresel veri merkezlerinde ve ağ altyapısında uygulanmasını teşvik etmeyi amaçlamaktadır. Optoelektronik alanında, GaN'nin düşük güç tüketimi ve yüksek ışık verimliliği LED'lere ve ultraviyole lazerlere yardımcı olmaktadır. GaN yarı iletkenlerine dayalı derin ultraviyole ışık yayan diyotlar (LED'ler), ultraviyole dezenfeksiyon ışık kaynaklarının ana gelişim yönünü oluşturmaktadır. Işık kaynakları küçük boyutlu, yüksek verimli ve uzun ömürlüdür. Başparmak ucu büyüklüğündeki bir çip modülü, cıva lambasından daha güçlü ultraviyole ışık yayabilir. Radyo frekansı GaN alanında Huawei, birkaç yıl önce 4G LTE baz istasyonlarında galyum nitrür güç amplifikatörleri kullanmıştı. Ardından, 5G'nin ortaya çıkmasıyla birlikte GaN'nin potansiyeli giderek artmaktadır çünkü yüksek frekanslarda GaN'nin güç yoğunluğu LDMOS'a kıyasla hala mükemmeldir ve güç ekleme verimliliği de artmaktadır. Yole'nin veri tahminine göre (Şekil 2), veri merkezlerinde GaN kullanımının yaygınlaşması yavaş bir şekilde artıyor. Yole'de teknoloji ve pazar analisti olan Ezgi Dogmus, bunun düzenleme eksikliğinden kaynaklandığını söyledi. Hükümet, enerji tüketimini azaltmak için veri merkezlerine yönelik sıkı denetimi güçlendirirse, veri merkezlerinde GaN kullanım oranı daha yüksek olacaktır. Yüksek verimlilik gereksinimleri arttıkça, galyum nitrür, mevcut gereksinimleri hala karşılayan silikona kıyasla önemli bir rol oynamaktadır. Otomotiv sektöründe, araçlarda giderek daha fazla bileşen kullanıldıkça, GaN'nin rolü de giderek daha belirgin hale geliyor. 11 Ağustos 2020'de düzenlenen 12. Otomotiv Mavi Kitap Forumu'nda Huawei Akıllı Araç Çözümleri İş Birimi Başkanı Wang Jun, Huawei'nin şu anda lidar teknolojisi geliştirmekte olduğunu açıkladı. GaN transistörlerindeki gelişmeler, yüksek hassasiyetli lidar sistemlerinin geliştirilmesinde hayati önem taşıdığını kanıtlamıştır. LiDAR sistemleri, yüksek güçlü elektrik kontrolü gerektiren ve kısa yükselme ve düşme süreleriyle çok hızlı olan dikey boşluklu yüzeyden yayılan lazerlerden (VCSEL'ler) ışık darbeleri yayar. Bu, galyum nitrürün lidar sistemlerine fayda sağlamasının nedenlerinden biridir. Galyum nitrür, silikon FET'lere göre çok daha hızlı anahtarlama yapar ve bu da yüksek akımlarda kısa darbe genişliklerine olanak tanır. Bu özellik lidar için kritik öneme sahiptir çünkü daha kısa darbe genişlikleri daha yüksek çözünürlük sağlarken, yüksek darbe akımları lidar sistemlerinin daha uzağı görmesini mümkün kılar.

Yerli güç yarı iletkenlerinin genel durumu

Son olarak, yerli güç yarı iletkenlerinin, özellikle IGBT, SiC ve GaN'nin endüstriyel zincir durumuna sistematik bir bakış atalım. Öncelikle, tüm IGBT endüstri zincirine bakalım. Yerli IGBT'ler, çip tasarımı, wafer üretimi ve modül paketleme gibi tüm endüstri zincirinde temel olarak kurulmuş durumda, ancak henüz başlangıç ​​aşamasındalar. Özellikle wafer üretimi, arka panel inceltme ve paketleme süreçleri, IGBT üretim teknolojisindeki başlıca zorluklardır ve bu konuda yabancı ülkelerle büyük bir fark bulunmaktadır.

Yerli IGBT endüstri zincirinin tamamının çözümlenmesi (Tablo: Yarı İletken Endüstrisi Gözlemi)  
SiC alanının tamamında, SiC alt tabaka ve epitaksi açısından Çin hala 4 inçlik ürünlerin hakimiyetindedir ve 6 inçlik ürünler küçük partiler halinde geliştirilip tedarik edilmektedir. Genel olarak, yabancı ülkelerle karşılaştırıldığında, yerli silisyum karbür endüstrisinin tüm değer zincirinin her aşamasında boşluklar bulunmaktadır ve genel seviye farkı yaklaşık 5 yıl olabilir. En gelişmiş yabancı seviyeyle karşılaştırıldığında, yerli SiC diyotları yaklaşık bir nesil geride, yaklaşık 2-3 yıl geridedir. Aradaki fark özellikle büyük değildir ve öngörülebilir gelecekte tamamen kapatılması mümkündür. Ancak bu, ilerleme sağlamak için tüm yerli değer zincirinin yukarı ve aşağı yönlü tüm aşamalarından eş zamanlı çabalar gerektirmektedir.

Yerli SiC endüstri zincirinin tamamının çözümlenmesi (Tablo: Yarı İletken Endüstrisi Gözlemi)RESEARCH AND MARKETS tarafından yayınlanan "Galyum Nitrür Yarı İletken Cihaz Pazarı 2023 Küresel Tahmini"ne göre, galyum nitrür cihaz pazarının 2016'da 16.5 milyar ABD dolarından 2023'te 22.47 milyar ABD dolarına ulaşması ve yıllık bileşik büyüme oranının %4.51 olması bekleniyor. GaN endüstri zinciri, yukarı akış malzemelerini (alt tabaka ve epitaksi), orta akış cihazlarını ve modüllerini ve aşağı akış sistemlerini ve uygulamalarını içerir. Yerli GaN pazarının kademeli olarak genişlemesiyle birlikte, yukarı akış, orta akış ve aşağı akışın tüm bağlantılarında çok sayıda üretici ortaya çıkmaya başladı.  
 

Yerli GaN endüstri zincirinin tamamının çözümlenmesi (Tablo: Yarı İletken Endüstrisi Gözlemi)     

Sonuç

Genel olarak, mevcut uluslararası durum altında Huawei'nin yurtdışı işleri sekteye uğramışken, gelişmekte olan otomotiv sektörü Huawei için büyüme arayışında bir atılım noktası haline gelmiş ve Huawei'nin iş sektöründe giderek daha önemli hale gelmiştir. IGBT, SiC veya GaN gibi güç cihazlarına girmek, şirketin otomotiv parçaları tedarikçisi olarak kimliğinin temel taşlarından biridir. Daha sonra, bu güç cihazlarının üstün özelliklerine dayanarak, baz istasyonu güç kaynağı, hızlı şarj, optoelektronik araştırma ve geliştirme ve diğer uygulamalar gibi kendi ekipmanlarına hizmet edebilirler.    

Şu anda, üçüncü nesil yarı iletken güç cihazları alanında, yerli ve yabancı teknolojilerin gelişim düzeyi ve ülkenin ilgisi açısından iyi bir konumdayız. Yerli uzmanların çoğu da ülkemizin üçüncü nesil yarı iletkenlerinin geliştirilmesine olumlu bakıyor. Üçüncü nesil yarı iletken malzemeler, entegre devrelerin pasif durumundan kurtulmamız ve çip teknolojisinde yakalama ve geçme başarısı elde etmemiz için iyi bir fırsat olabilir. Huawei gibi yetenekli bir şirket öncülük etmeli ve yerli yarı iletkenlerin yükselişine öncülük etmelidir!

Yasal Uyarı: Bu makale, fikri mülkiyet haklarının korunmasını destekleyen "Power R&D Alliance"dan yeniden yayınlanmıştır. Yeniden yayınlarken lütfen orijinal kaynağı ve yazarı belirtin. Herhangi bir telif hakkı ihlali durumunda, lütfen silinmesi için bizimle iletişime geçin.

Şirket telefon numarası: +86-0755-83044319
Faks: +86-0755-83975897
E-posta: 1615456225@qq.com
QQ: 3518641314 Yönetici Li

QQ: 332496225 Yönetici Qiu

Adres: Shenzhen, Longhua Yeni Bölgesi, Minzhi Caddesi No. 1079, Zhantao Teknoloji Binası, C Binası, Oda 809