台积电“退场”,氮化镓市场影响几何?
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【导语】近日,氮化镓(GaN)半导体领域迎来重大变动,知名厂商纳微半导体宣布其650V元件产品将逐步转由力积电代工,而原代工厂台积电则决定在未来两年内退出氮化镓业务。这一决策引发了业界广泛关注,并对氮化镓市场前景产生了诸多猜想。然而,尽管面临调整,氮化镓技术凭借其广阔的应用前景和不断提升的性能,依旧被众多厂商看好,并积极寻求新的合作与发展路径。

近日,氮化镓厂商纳微半导体宣布,旗下650V元件产品在未来1到2年内将从现有供应商台积电逐步转由力积电代工。对此,台积电表示,经过完整评估后,考量市场与长期业务策略,决定在未来2年内逐步退出氮化镓业务。

台积电刚公布的2025年第二季度财报中虽未提及氮化镓的内容,但提出公司将更关注AI和人型机器人等高增长的新兴领域。此前,台积电曾高调宣称非常看好氮化镓的发展前景,关注程度甚至高于碳化硅,如今却突然宣布退出,让人始料未及,也让市场产生了氮化镓发展前景不佳的疑虑。

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纳微半导体的GaNFast氮化镓功率芯片(图片来源:纳微半导体)

台积电为何“移情别恋”?

氮化镓作为宽禁带半导体的“门面”之一。随着技术的不断升级,其性能被进一步开发,已经不再局限于快充等消费电子市场,而(ér)是(shì)向(xiàng)新(xīn)能(néng)源(yuán)汽(qì)车(chē)、AI数(shù)据(jù)中(zhōng)心(xīn)、可(kě)再(zài)生(shēng)能(néng)源(yuán)等(děng)热(rè)门(mén)领(lǐng)域扩(kuò)展(zhǎn)。广(guǎng)阔(kuò)的(de)市(shì)场(chǎng)前(qián)景(jǐng)成(chéng)为(wèi)台(tái)积电此前非常看好氮化镓的关键因素。

台积电研发资深处长段孝勤曾表示,台积电在化合物半导体领域专注氮化镓相关开发,历经长期的发展氮化镓已逐渐开始被市场接受,预计未来十年将有更多应用场景。台积电在氮化镓的五个主要应用场景包含数据中心、快充、太阳能电力转换器、48V DC/DC以及电动车OBC/转换器。

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早在2020年,台积电就宣布,要与意法半导体合作加速氮化镓制程的开发,并将分离式与整合式氮化镓元件导入市场。通过此合作,意法半导体将采用台积电公司的氮化镓制程来生产其氮化镓产品;台积电还与纳微半导体合作,纳微半导体专有的氮化镓工艺设计套件(PDK)就是基于台积电的硅基氮化镓平台开发的;罗(luō)姆(mǔ)也(yě)将(jiāng)其(qí)650V耐(nài)压(yā)产(chǎn)品(pǐn)全面(miàn)委(wěi)托(tuō)台积电代工生产。

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纳微半导体与台积电的合作(图片来源:纳微半导体官网)

氮化镓产能方面, 2023年,台积电已占据全球氮化镓晶圆代工40%的市场份额,与德国X-Fab、中国台湾汉磊形成“一超两强”的格局,成为硅基氮化镓技术路线产业化的关键推动者。

在市场广阔、订单丰富、产能充足的情况下,很难想象台积电会做出取消氮化镓生产线的决策。台积电作为半导体行业的风向标之一,每做一个重大决定必然都是深思熟虑的,这次也给业界很多猜想。

从业务优先级和利润角度来看,台积电的氮化镓代工业务投片量相对较小,其当前6英寸晶圆月产能仅3000~4000片,且头部客户如纳微半导体占据了大部分产能,对整体营收的贡献有限,难以达到台积电的利润预期,因此被逐渐边缘化并最终退出。相较之下,AI芯片领域的先进制程与封装业务展现出了强大的利润吸引力。在AI技术爆发的时代背景下,对高性能计算芯片的需求呈井喷式增长,英伟达等公司对先进制程芯片的大量订单,使得台积电在AI芯片制造和先进封装业务上的营收占比不断提升。

台积电在刚刚召(zhào)开(kāi)的(de)季(jì)度(dù)法(fǎ)说(shuō)会(huì)上(shàng)表(biǎo)示(shì),该(gāi)季(jì)度(dù)其(qí)净(jìng)利(lì)润(rùn)同(tóng)比(bǐ)大(dà)幅(fú)增(zēng)长(zhǎng)61%,营(yíng)收(shōu)环(huán)比(bǐ)增(zēng)长(zhǎng)17.8%,这(zhè)一(yī)增(zēng)长(zhǎng)主要(yào)得(de)益于N3、N5等先进制程技术的强劲拉动,预计2025年,公司以美元计算的销售额将增长30%左右,如此乐观的预期主要源于3纳米和5纳米技术需求的持续强劲,以及不断扩张的高性能计算(HPC)平台。特别是在AI领域,token数量的爆炸式增长意味着AI模型的使用和采纳不断增加,进而催生对更多计算能力的需求。

市场对AI芯片的强烈需求,也使得CoWoS封装需求同样呈现出强劲态势,台积电正积极扩建后端产能以提升CoWoS封装的产量。摩根士丹利的数据显示,台积电CoWoS先进封装产能将从2025年底的70k大幅提升至2026年的90~95k,增幅高达33%。

受益于AI需求的爆发式增长,台积电先进封装营收占比预计将从2024年的8%一路飙升至2025年的10%以上。在如此诱人的利润前景面前,台积电将战略重心向AI芯片等高回报领域倾斜,剥离相对低利润的氮化镓代工业务,成为一种符合商业逻辑的必然战略选择。

从市场竞争角度来看,氮化镓市场虽然前景广阔,但竞争异常激烈。近年来,以中国IDM厂商英诺赛科为代表的新势力崛起,凭借自有8英寸晶圆制造能力,在成本上占据优势,在全球消费电子市场发起了激烈的价格竞争。随着越来越多企业的加入,市场利润空间被不断压缩。

英诺赛科董事长骆薇薇认为,氮化镓晶圆并不适合代工模式,传统的半导体功率器件结构相对简单,并没有太多代工需求,这种模式无法提供足够的投资回报率(ROI),并且与客户之间缺乏足够的共享和合作。氮化镓器件需要与设计、应用深度协同,通过IDM模式(垂直整合制造)直接对接市场,能够更好地满足市场需求,实现技术与市场的紧密结合。而台积电作为专业的晶圆代工厂商,其代工模式在氮化镓产业中面临着诸多挑战,难以充分发挥其优势。

在激烈的价格竞争环境下,整个氮化镓代工行业逐渐陷入了 “增收不增利”的尴尬境地。台积电虽然在技术上依然保持着领先地位,但高昂的生产成本使其在价格战中处于劣势,利润空间被不断压缩。面对这种局面,台积电若继续在氮化镓代工业务上坚守,可能会陷入利润微薄、发展受限的困境。

氮化镓厂商“大迁徙”

台积电的“退场”,让众多依赖其代工的氮化镓厂商陷入了窘境,但后者并没有放慢继续研发的脚步,并迅速寻找新代工厂。

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纳微半导体与力积电达成战略合作协议(图片来源:纳微半导体官网)

纳微半导体作为氮化镓功率芯片领域的重要企业,首当其冲(chōng)受(shòu)到(dào)影(yǐng)响(xiǎng)。为(wèi)了(le)确(què)保(bǎo)自(zì)身(shēn)业(yè)务(wu)的(de)连(lián)续(xù)性(xìng)和(hé)稳(wěn)定(dìng)性(xìng),纳(nà)微(wēi)半(bàn)导(dǎo)体(tǐ)迅(xùn)速(sù)宣(xuān)布与力积电达成了战略合作协议。力积电在半导体制造领域拥有一定的技术实力和生产能力,其先进的180nm CMOS工艺能力,运用更小、更先进的工艺节点,从而在性能、能效、集成度以及成本方面实现全面优化。根据协议,力积电将为纳微半导体生产100V至650V的氮化镓产品组合,以满足48V基础设施(包括超大型AI数据中心和电动汽车)对氮化镓日益增长的需求。首批器件预计于2025年第四季度完成认证。其中,100V系列计划于2026年上半年在力积电率先投产,而650V器件将在未来12~24个月内从台积电逐步转由力积电代工。这一合作对于纳微半导体来说至关重要,不仅为其提供了新的产能支持,也为其未来的业务发展奠定了基础。

意法半导体则是本身具备一定的IDM能力,拥有自己的芯片制造工厂。面对此次变局,意法半导体一方面可能会加大自身工厂在氮化镓生产方面的投入,提升内部产能;另一方面,也不排除与其他外部代工合作伙伴建立新的合作关系(xì),以(yǐ)确(què)保(bǎo)产(chǎn)品(pǐn)供(gōng)应(yīng)的(de)稳(wěn)定(dìng)性(xìng)。有(yǒu)消(xiāo)息(xi)称(chēng),意(yì)法(fǎ)半(bàn)导(dǎo)体(tǐ)正(zhèng)在(zài)与(yǔ)亚(yà)洲(zhōu)地(de)区(qū)新(xīn)兴(xìng)的(de)氮(dàn)化(huà)镓(jiā)代(dài)工(gōng)企(qǐ)业(yè)进(jìn)行(xíng)接(jiē)触(chù)和(hé)洽(qià)谈(tán),试(shì)图(tú)开(kāi)拓(tà)新(xīn)的(de)代(dài)工(gōng)渠道。

罗姆半导(dǎo)体(tǐ)同(tóng)样(yàng)在(zài)台(tái)积(jī)电(diàn)的(de)氮(dàn)化(huà)镓(jiā)代(dài)工(gōng)客(kè)户(hù)之(zhī)列(liè),面(miàn)对(duì)台(tái)积(jī)电(diàn)的(de)停(tíng)产(chǎn)决(jué)定(dìng),罗(luō)姆(mǔ)半(bàn)导(dǎo)体(tǐ)迅(xùn)速(sù)组(zǔ)建(jiàn)了(le)专(zhuān)项(xiàng)应(yīng)对(duì)小(xiǎo)组(zǔ),评(píng)估(gū)多(duō)种(zhǒng)解(jiě)决(jué)方(fāng)案(àn)。其(qí)中(zhōng)一(yī)个(gè)重(zhòng)要(yào)方(fāng)向(xiàng)是(shì)加(jiā)强(qiáng)与(yǔ)现(xiàn)有(yǒu)合(hé)作(zuò)伙(huǒ)伴(bàn)的(de)深(shēn)度(dù)协(xié)作(zuò),共(gòng)同(tóng)优(yōu)化(huà)现(xiàn)有(yǒu)代(dài)工(gōng)流(liú)程(chéng),提(tí)升(shēng)产(chǎn)能(néng)效(xiào)率(lǜ)。同(tóng)时(shí),罗(luō)姆(mǔ)半(bàn)导(dǎo)体(tǐ)也(yě)在(zài)积(jī)极(jí)探(tàn)索(suǒ)新(xīn)的(de)代(dài)工(gōng)资(zī)源(yuán),在(zài)全球(qiú)范(fàn)围(wéi)内(nèi)寻找技术成熟、产能稳定的氮化镓代工厂商。

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罗姆的650V耐压氮化镓产品

瑞萨等其他氮化镓产品厂商纷纷与潜在的代工企业展开洽谈,评估合作的可能性。在这个过程中,一些原本在氮化镓代工领域的企业,因(yīn)为(wèi)台(tái)积(jī)电(diàn)的(de)退(tuì)出(chū)而(ér)获(huò)得(de)了(le)更(gèng)多(duō)的(de)关注(zhù)和(hé)机(jī)会(huì)。这(zhè)些(xiē)企(qǐ)业(yè)开(kāi)始(shǐ)加(jiā)大(dà)在(zài)氮(dàn)化(huà)镓(jiā)代(dài)工(gōng)业(yè)务(wu)上(shàng)的(de)投(tóu)入(rù),提(tí)升(shēng)自(zì)身(shēn)的(de)技(jì)术(shù)水(shuǐ)平(píng)和(hé)生(shēng)产(chǎn)能(néng)力(lì),以(yǐ)满(mǎn)足(zú)市(shì)场(chǎng)的(de)需(xū)求(qiú)。

与(yǔ)此(cǐ)同(tóng)时(shí),各(gè)大(dà)氮(dàn)化(huà)镓(jiā)企(qǐ)业(yè)依(yī)旧(jiù)看(kàn)好(hǎo)氮(dàn)化(huà)镓(jiā)的(de)市(shì)场(chǎng)潜(qián)力(lì),并(bìng)未(wèi)因(yīn)为(wèi)台(tái)积(jī)电(diàn)的(de)退(tuì)场(chǎng),而(ér)减(jiǎn)速(sù)技(jì)术(shù)创(chuàng)新(xīn)和(hé)减(jiǎn)少(shǎo)产(chǎn)能(néng)。

纳(nà)微(wēi)近期在AI数据中心、电动车与太阳能市场接连取得多项进展,包括旗下氮化镓与碳化硅技术投入研发,支撑NVIDIA 800V HVDC架构,应用于1兆瓦以上IT机柜。太阳能能源解决方案提供商Enphase也已宣布,其下一代IQ9产品将采用纳微650V双向GaNFast氮化镓功率芯片。与此同时,纳微(wēi)的(de)大(dà)功(gōng)率(lǜ)GaNSafe技术也正逐步导入商用车车载充电器(OBC)应用领域。

瑞萨则发布了了(le)四(sì)代(dài)加(jiā)强(qiáng)版(bǎn)(Gen IV Plus)的(de)氮(dàn)化(huà)镓(jiā)新(xīn)品(pǐn)——基(jī)于(yú)SuperGaN平台的三款全新高压650V GaN FET TP65H030G4PRS、TP65H030G4PWS和TP65H030G4PQS。和其第四代产品相比,该系列产品不但提高了开关性能,还实现了30 mΩ的导通电阻(RDS(on)),同比降低14%。该器件的导通电阻输出电容乘积品质因数(FOM)提升了20%。更小的芯片尺寸降低了系统成本并降低了输出电容,从而提高了效率和功率密度。瑞萨希望这三款器件能为全新800V高压直流(HVDC)架构、电动汽车充电、UPS电池备用设备、电池储能和太阳能逆变器等应用提供支持。

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英诺赛科作为氮化镓领域的佼佼者,近日推出了4款基于700V SolidGaN平台新品,采用TOLL,TOLT主流大功率器件封装,兼容传统控制器和驱动器应用生态,实现简单易用。英诺赛科表示,ISG612x系列SolidGaN具备高开关频(pín)率(lǜ)、高(gāo)功(gōng)率(lǜ)密(mì)度(dù)及(jí)高(gāo)散(sàn)热(rè)能(néng)力(lì),可(kě)实(shí)现(xiàn)氮(dàn)化(huà)镓(jiā)在(zài)更高功率电源应用中的高效与稳定。

英飞凌科技股份公司也宣布推出新型高压分立器件系列CoolGaN650 V G5晶体管 ,该系列进一步丰富了英飞凌氮化镓产品组合。新产品系列的适用范围广泛,包括USB-C适配器和充电器、照明、电视、数据中心、电信整流器等消费和工业开关电源(SMPS)、可再生能源,以及家用电器中的电机驱动器。

未来前景依然看好

从市场数据来看,氮化镓市场规模依旧呈现出快速增长的趋势。市调组织Yole表示,2028年,氮化镓功率器件在新能源汽车中的市场规模将超过5.04亿美元,年复合增长率将达到110%。其他包括信息通信、消费电子、能源、工业、航天等领域的年复合增长率将超过25%。英飞凌也特别看好氮化镓,并预测,到2027年,氮化镓芯片市场将以每年56%的速度增长。

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氮化镓的应用场景

在应用领域方面,氮化镓的应用范围也在不断扩大。在消费电子领域,氮化镓快充技术已经得到了广泛应用。氮化镓充电器凭借其高频高效、低导通电阻等优势,实现了体积的大幅缩减,相比传统充电器,体积可缩小约40%~60%,重量也更轻,方便携带,为用户带来更流畅的使用体验。越来越多的手机、笔记本电脑等设备开始采用氮化镓充电器。Strategy Analytics的数据显示,2023年全球氮化镓充电器市场规模约为12.5亿美元,预计到2029年将飙升至45亿美元,年复合增长率达到24.5%。以(yǐ)小米、OPPO、三星等为代表的众多品牌纷纷入局。

在新能源汽车领域,车载充电器、电机控制器等部件都有望采用氮化镓技术,以提高能源转换效率和系统性能。专家表示,未来,氮化镓还有望在车载信息娱乐系统DC/DC转换器、无刷直流汽车电机、自主导航光检测和测距(激光雷达)以及48V轻混动力汽车等方面大显身手,提升汽车的整体性能与智能化水平。

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数据来源:yole

在数据中心领域,氮化镓成为提升能源转换效率、降低能耗的关键力量。氮化镓开关损耗和导通损耗较低,主要应用在服务器电源的PFC和高(gāo)压DC/DC部分。英飞凌关注可再生能源领域和AI数据中心等电气化应用需求,公布了新的AI数据中心电源路线图;罗姆确立了150伏耐压氮化镓产品的量产体系,适用于基站、数据中心等工业设备和各种物联网通信设备的电源电路;纳微半导体宣布与英伟达合作开发下一代800V高压直流(HVDC)架构,为包括Rubin Ultra在内的GPU提供支持的"Kyber"机架级系统供电,纳微半导体的氮化镓和碳化硅技术将在这一合作中发挥关键作用。

尽管台积电的退出给氮化镓产业带来了一定的冲击,但众多氮化镓产品厂商的积极行动以及市场的发展趋势都表明,氮化镓的未来依然充满希望。在技术不断进步、市场需求持续增长的背景下,氮化镓有望在更多领(lǐng)域实(shí)现(xiàn)突(tū)破,成为推动各行业发展的重要力量。

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