氮化鎵“攻入”汽車主驅(qū)深水區(qū):VisIC如何用D型技術(shù)顛覆SiC的行業(yè)共識?
在第三代半導(dǎo)體的版圖中,行業(yè)似乎早已形成了一種“默契共識”——碳化硅(SiC)主導(dǎo)電動汽車高壓主驅(qū),氮化鎵(GaN)則局限于消費(fèi)快充與車載OBC等輔助電源領(lǐng)域——牽引逆變器,是SiC的絕對專屬領(lǐng)地。
然而近日,VisIC公司CEO Tamara Baksht在北京的一場深度分享中,徹底打破了這種認(rèn)知屏障。隨著全球三大車企之一的現(xiàn)代汽車(Hyundai)從合作伙伴轉(zhuǎn)變?yōu)锽輪領(lǐng)投股東,一個(gè)極具沖擊力的技術(shù)信號被釋放:在80-350kW的大功率主驅(qū)逆變器中,氮化鎵不僅能做高壓,而且在效率、可靠性與系統(tǒng)成本上,正展現(xiàn)出超越碳化硅的巨大潛力。
行業(yè)破局——氮化鎵挺進(jìn)主驅(qū)逆變器“主戰(zhàn)場”
在新能源汽車功率系統(tǒng)向高集成度、高功率密度演進(jìn)的當(dāng)下,氮化鎵正迎來進(jìn)入主驅(qū)逆變器(Traction Inverter)的關(guān)鍵時(shí)刻。目前,VisIC的主要產(chǎn)品涵蓋針對電動車的氮化鎵模塊、器件和芯片。根據(jù)其披露的業(yè)務(wù)信息,其技術(shù)應(yīng)用已形成階梯式布局:現(xiàn)代汽車已明確將GaN整合入混合動力及純電BEV平臺,并計(jì)劃于2029年實(shí)現(xiàn)SoP(量產(chǎn));此外,還有“2 Global OEM”處于項(xiàng)目開發(fā)階段,實(shí)現(xiàn)80kW至350kW的模塊集成;另有“3 OEM + 1 T1”正處于技術(shù)評估階段。
這種從技術(shù)驗(yàn)證向量產(chǎn)交付的跨越,源于現(xiàn)代汽車對VisIC的深度認(rèn)可。DR.Tamara Baksht指出:“這樣大的投資不是說我們做幾場演講或者演示他們就能夠給我們投的,這是我們長期一起合作和實(shí)驗(yàn)的結(jié)果,是他們對比了其他友商解決方案之后對我們信心所得出的結(jié)果?!?
針對進(jìn)入主驅(qū)這一“硬核”領(lǐng)域,DR.Tamara Baksht明確了四個(gè)絕不妥協(xié)的技術(shù)紅線:第一點(diǎn)要有絕對的可靠性,絕不妥協(xié)。第二有一定的統(tǒng)一性,能夠適應(yīng)量產(chǎn)。第三個(gè)是開關(guān)損耗小。接下來是安全,閾值電壓要足夠高,同時(shí)要保證大的功率。為了加速生態(tài)成熟,VisIC與NXP(恩智浦)合作開發(fā)了樣車,DR.Tamara Baksht透露:“我們跟NXP合作開發(fā)了演示的車。另外,在特斯拉,今年基本可以出來上路?!?
技術(shù)深度——D-mode vs E-mode的“解耦”哲學(xué)
主驅(qū)逆變器對魯棒性的極致追求,將GaN的技術(shù)路徑之爭推向了底層物理層面。DR.Tamara Baksht深入剖析道:氮化鎵與硅以及碳化硅有很大不同。盡管它們看起來結(jié)構(gòu)相似——柵極和源極的布局相近——但它們的 閾值電壓 是不一樣的。而且氮化鎵本身分為 D 型和 E 型,工作模式不同,關(guān)鍵在于能否安全地實(shí)現(xiàn)所需的功率開關(guān)區(qū)間?!?
對于業(yè)界長期困擾的電流與閾值電壓的平衡問題,VisIC所推崇的D型(D-mode)路徑展現(xiàn)了獨(dú)特的優(yōu)勢。DR.Tamara Baksht指出:“對于硅以及碳化硅而言,在電流和閾值電壓方面沒有辦法去調(diào)節(jié)或者妥協(xié)的,但是在氮化鎵方面就可以,比如E-mode模式之下,如果你想要大電流,閾值電壓會下降。對于D型其實(shí)也一樣,但在D型這邊有方法可以將閾值電壓解耦,可以專注來調(diào)整電流。這樣的我們可以同時(shí)大電流以及高的閾值電壓?!?
這種“解耦”能力直接轉(zhuǎn)化為極高的安全域量。根據(jù)現(xiàn)場分享,D3GaN相比E-mode具有更高的閾值電壓(>5V)且易于并聯(lián)(4-6 devices)。DR.Tamara Baksht強(qiáng)調(diào):“對于E型來說,可以看柵極操作的區(qū)間,它的安全區(qū)是非常狹小的,但是對于D型來說,安全的操作區(qū)間就非常大,這樣的話容錯空間就大,相對安全性就會高?!彼毖裕吖β氏率У挠绊懢薮?,“所以在高功率的時(shí)候人們更傾向于D型,因?yàn)榘踩蒎e區(qū)間要大一些?!?
性能對決——GaN vs SiC 的全方位博弈
在主驅(qū)逆變器最核心的感性負(fù)載開關(guān)工況下,VisIC通過CPES的評估方法,打破了“GaN不如SiC魯棒性”的固有認(rèn)知。
實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示,在極高壓環(huán)境下,D3GaN解決方案在百萬次循環(huán)后展現(xiàn)出極佳的穩(wěn)定性,DR.Tamara Baksht 指出:“只有D型的D3GaN解決方案能夠在感性解決方案(inductive load)方面跟硅或者碳化硅去媲美?!贝送猓卺槍ζ囀Чr的主動短路測試中,盡管硅或碳化硅實(shí)現(xiàn)主動短路所需的電流大3倍,但實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示 D3GaN 在關(guān)鍵安全指標(biāo)上表現(xiàn)優(yōu)異。
而在效率這一核心維度,GaN正在展現(xiàn)出壓倒性的優(yōu)勢。DR.Tamara Baksht 透露:“我們的氮化鎵產(chǎn)品還進(jìn)行了效率方面的測試,就是在130kW的功率之下能夠?qū)崿F(xiàn)最高的99.67%的效率?!?
更具實(shí)戰(zhàn)價(jià)值的是在WITT工況(WLTP/CLTC循環(huán))下的對比,DR.Tamara Baksht 強(qiáng)調(diào):“可以看到在幾乎所有的項(xiàng)目和周期當(dāng)中,氮化鎵的表現(xiàn)都是優(yōu)于碳化硅的。可以看到氮化鎵勝出主要原因是它的損耗非常低,相對而言250%的損耗降低?!?
在功率驅(qū)動的底層邏輯中,GaN 與 SiC 的博弈往往首先聚焦于材料的物理極限。從基礎(chǔ)物理特性看,碳化硅擁有遠(yuǎn)高于氮化鎵的導(dǎo)熱率,這似乎預(yù)示了其在散熱上的先天霸權(quán)。然而,DR.Tamara Baksht 在分享中揭示了一個(gè)反常識的物理設(shè)計(jì)結(jié)論。
她指出:“我們可以對比三種產(chǎn)品,在同樣的導(dǎo)通電阻情況之下都是650V、200m的狀況,可以看到氮化鎵方面熱阻率可以降30%,這是所有客戶已經(jīng)確認(rèn)過的?!本科湓?,碳化硅雖然材料耐熱性好,但“碳化硅的尺寸比氮化鎵要小很多,所以說它的散熱主要從垂直的工藝上來做的,需要散熱接口或者中間層,而氮化鎵面積、尺寸大一些,不需要中間層,散熱效率會更高一些,耐熱性會更好。”這種通過大面積芯片帶來的低熱阻率,使得 GaN 系統(tǒng)能夠承載比 SiC 更高的電流負(fù)荷,徹底扭轉(zhuǎn)了其在大功率場景下的熱力學(xué)劣勢。
未來圖譜——從400V到800V,從EV到AI
在新能源汽車與高性能計(jì)算的雙重驅(qū)動下,半導(dǎo)體材料正集體向更高電壓、更高頻次的閾值發(fā)起沖刺。針對業(yè)界關(guān)注的架構(gòu)轉(zhuǎn)型,DR.Tamara Baksht 明確了 VisIC 的演進(jìn)邏輯:“800V不但是AI數(shù)據(jù)中心,汽車、電動車未來也是朝著800V架構(gòu)去轉(zhuǎn)型,第四代D3GaN產(chǎn)品就是做800V,甚至最高電壓能夠達(dá)到1350V,我們也已經(jīng)進(jìn)行了測試或者評估,現(xiàn)在我們覺得有這樣的可能性,做硅基的氮化鎵,這樣成本會顯著下降?!?
這種從 400V 向 800V 乃至 1350V 的技術(shù)跨越,表明氮化鎵正在突破原有的電壓天花板,試圖在中高壓領(lǐng)域通過“高性能+低成本”的雙重優(yōu)勢重塑電力電子的底層標(biāo)準(zhǔn)。
不僅于此,GaN的技術(shù)野心正從汽車主驅(qū)迅速延伸至電力饑渴的 AI 數(shù)據(jù)中心,且后者對供電系統(tǒng)的可靠性提出了更為苛刻的要求。DR.Tamara Baksht 認(rèn)為,數(shù)據(jù)中心并非“工作一分鐘停一分鐘就行”,而是需要全天候運(yùn)作,其可靠性標(biāo)準(zhǔn)甚至高于車規(guī)。她深入剖析了不同拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)對技術(shù)的篩選邏輯:對于 DC/DC 軟開關(guān),E型氮化鎵尚可勝任;但面對從交流到直流(AC 到 DC)的高功率 PFC 電路,氮化鎵的價(jià)值則不可替代。在 VisIC 的視野中,供電系統(tǒng)是 AI 算力的底座,如果數(shù)據(jù)中心斷電,依賴于此的支付、醫(yī)療、旅行等社會運(yùn)轉(zhuǎn)將全部停滯,這種剛性需求將 GaN 推向了能源轉(zhuǎn)換的臺前。
而真正劃定 GaN 與 SiC AIDC應(yīng)用分水嶺的,是超大規(guī)模算力對“高頻+高功率”的極端渴求。針對 AI 領(lǐng)域未來爆發(fā)式的能源需求,DR.Tamara Baksht 引用了行業(yè)頂層的判斷:“英偉達(dá)黃仁勛說未來需要2兆瓦(MW)高頻功率才能夠滿足數(shù)據(jù)中心的要求,這個(gè)碳化硅做不到,必須氮化鎵才可以?!痹?2兆瓦級別的超高功率門檻前,氮化鎵憑借在高頻狀態(tài)下的損耗優(yōu)勢,成為了唯一能夠滿足未來 AI 基建要求的技術(shù)選項(xiàng)。這種“非氮化鎵不可”的確定性場景,正在加速其從消費(fèi)級應(yīng)用向兆瓦級工業(yè)/數(shù)據(jù)中心級應(yīng)用的跨越。
對于碳化硅與氮化鎵未來的格局,DR.Tamara Baksht 給出了長達(dá)十年的博弈預(yù)判。她認(rèn)為氮化鎵將從納瓦級到兆瓦級實(shí)現(xiàn)全功率應(yīng)用的打通,并坦言:“我預(yù)計(jì)下個(gè)十年碳化硅和氮化鎵會并存,已經(jīng)有的這些還會繼續(xù)用,然后氮化鎵會按照自己的節(jié)奏發(fā)展,但是對于新的應(yīng)用、新的場景,因?yàn)榈壭阅軆?yōu)異、成本低廉,這是一個(gè)很容易做出的決策,在新的應(yīng)用和市場方面氮化鎵會走的更快一些?!?這種“并存、過渡、主導(dǎo)”的演進(jìn)路線,勾勒出了氮化鎵從挑戰(zhàn)者到統(tǒng)治者的未來藍(lán)圖。
中國戰(zhàn)略——不只是銷售,而是全產(chǎn)業(yè)鏈生態(tài)深耕
在全球電動汽車產(chǎn)業(yè)鏈的版圖中,中國不僅是最大的消費(fèi)市場,更是技術(shù)創(chuàng)新的前沿陣地。對于 VisIC 而言,進(jìn)入中國市場并非簡單的產(chǎn)品貿(mào)易,而是深度的生態(tài)扎根。
DR.Tamara Baksht 坦言:“這是我本人第一次來中國,我們對中國市場有比較大的關(guān)注度,不僅僅在這邊做銷售,同時(shí)供應(yīng)鏈、生態(tài)系統(tǒng)要逐漸建立起來,我們了解中國是有特殊國情的國家,歷史底蘊(yùn)豐厚,資源豐富,而且是全球最大電動車市場,我們準(zhǔn)備好做中國這塊業(yè)務(wù)。”她明確指出,VisIC 的目標(biāo)是“在中國把整個(gè)生態(tài)鏈建立起來,包括合作伙伴,包括供應(yīng)鏈鏈至包括GaN的研發(fā)環(huán)節(jié)”,這種全方位的本土化戰(zhàn)略,旨在通過深度的產(chǎn)業(yè)鏈融合,應(yīng)對中國市場獨(dú)特的創(chuàng)新節(jié)奏。
這一戰(zhàn)略構(gòu)想已經(jīng)進(jìn)入實(shí)質(zhì)性的執(zhí)行階段,其核心在于構(gòu)建一個(gè)閉環(huán)的本土制造與研發(fā)體系。VisIC 戰(zhàn)略官 Ran Soffer 進(jìn)一步拆解了供應(yīng)鏈本地化的路線圖:“我們未來完整的供應(yīng)鏈和生態(tài)都希望能夠在中國建立起來,所以我們需要的合作伙伴來自于方方面面,包括晶圓代工、包括外研制造,整個(gè)供應(yīng)鏈前端、中端、后端包括驅(qū)動器、軟件等等都需要找合作方把這個(gè)生態(tài)整體建立起來?!睘榱送苿舆@一進(jìn)程,Ran Soffer 在過去五個(gè)月內(nèi)三次訪華,并透露其“半數(shù)時(shí)間在見客戶、還有半數(shù)時(shí)間為供應(yīng)鏈奔波”。這種從代工制造到軟件驅(qū)動的全面滲透,顯示出 VisIC 試圖在中國建立起與其在全球市場一致的成熟供應(yīng)步調(diào)。
在合作伙伴的選擇上,VisIC 設(shè)定了極高的技術(shù)準(zhǔn)入門檻,強(qiáng)調(diào)“工程背景”與“創(chuàng)新愿望”的雙重標(biāo)準(zhǔn)。Ran Soffer 指出:“合作伙伴不僅有相關(guān)工程背景,而且要有足夠的創(chuàng)新技術(shù),因?yàn)槲覀冎老乱徊ǖ壖夹g(shù)需要有足夠的創(chuàng)新能量,才能夠把技術(shù)真正變成解決方案,然后再進(jìn)一步去擴(kuò)展?!蹦壳埃琕isIC 正在廣泛對接從學(xué)術(shù)研究機(jī)構(gòu)到一線制造企業(yè)的各方資源。
DR.Tamara Baksht 也提到,公司將與本土合作伙伴“共同探討未來GaN功率的一些方向,讓他們跟我們的具體需求去對接,然后進(jìn)行一些產(chǎn)能的規(guī)劃”。這種協(xié)同創(chuàng)新的最終指向非常明確,即通過樣板效應(yīng)帶動規(guī)?;瘧?yīng)用,她直言:“我們希望下一個(gè)技術(shù)合作的樣板車能夠跟中國車企合作做出來?!?
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未來,隨著VisIC在中國本土供應(yīng)鏈與研發(fā)鏈的逐步閉合,氮化鎵在主驅(qū)領(lǐng)域的應(yīng)用變革,正從這一場深刻的跨國協(xié)作中加速走向現(xiàn)實(shí)。





