GaN 功率器件（氮化镓功率器件）
AI 服务器供电的下一代开关器件。带隙 3.4 eV（Si 的 3 倍），可在 MHz 频率下工作而效率不降 — 让 48V直流母线 / 800V直流供电 的 DC-DC 转换器体积减半、效率升至 96%+。
定义
GaN（Gallium Nitride，氮化镓）功率器件指用氮化镓宽禁带半导体材料制造的功率开关。AI 数据中心场景主流形态：
- GaN-on-Si HEMT（Si 衬底上外延 GaN 异质结）
- e-mode GaN（增强型，常关，更安全）
- 600V / 650V 是 PFC 和 800V直流供电 的主流耐压
- 100V / 200V 是 48V直流母线 板载 DC-DC 主流
为什么 AI 需要 GaN？
| 维度 | Si MOSFET | GaN HEMT |
|---|---|---|
| 带隙 | 1.12 eV | 3.4 eV |
| 临界电场 | 0.3 MV/cm | 3.3 MV/cm（10×） |
| 开关频率 | 100 kHz - 500 kHz | 1-10 MHz |
| Rds(on) × 面积 | 1× | 1/5 - 1/10 |
| 开关损耗 | 1× | 1/5 |
| 系统效率 | 88-92% | 94-97% |
| 系统体积 | 1× | 0.5× |
在 AI 产业链中的角色
GaN 在 AI 服务器主要应用：
- PSU（AC-DC） — 服务器 3 kW / 5 kW 钛金级电源，GaN 替代 Si 后效率从 94% → 97%
- 48V → 12V IBC — 48V直流母线 中间总线，GaN 让方案体积减半
- 48V → 1V 单级 POL — Vicor / MPS 高比例 DC-DC 必需 GaN
- 800V 配电 — 800V直流供电 的开关元件（与 SiC 互补，SiC 主导 1200V+）
- GaN功率器件 DrMOS 路线 — 未来 DrMOS 可能用 GaN，工作频率提至 5 MHz+
玩家格局
美系
- Navitas（NVTS.Nasdaq）— GaN+SiC 双轮，AI 数据中心 PSU 关键玩家，与 NVIDIA 合作
- Power Integrations（POWI.Nasdaq）— InnoSwitch GaN
- Texas Instruments — LMG3422 等
- Analog Devices — 后入局
欧系
- Infineon — 收购 GaN Systems 后整合，CoolGaN 系列
- STMicroelectronics — 与 TSMC GaN 合作
日系
- ROHM / Toshiba / Renesas
中国
- 英诺赛科（已港股上市）— 国内 GaN 龙头
- 东微半导（688261.SH）— SiC + GaN
- 士兰微（600460.SH）— 功率半导体平台
- 闻泰科技（600745.SH，安世）— 横向布局
- 纳微半导体 — Navitas 在华子公司
演进趋势
- AC-DC 端率先采用（已普及）
- 48V 中间总线全面 GaN 化（2025-2027）
- GaN-on-SiC — 替代 Si 衬底，高频性能进一步提升
- GaN 集成驱动 IC — 单芯片 GaN HEMT + driver
- GaN功率器件 DrMOS — 颠覆 BCD工艺 路线
- 800V直流供电 主流开关 — 与 SiC 互补
与 SiC 的分工
- GaN — 100V-650V，高频，AI 服务器电源主战场
- SiC — 1200V-1700V，主战电动车 / 光伏 / 工业，进军 800V直流供电 高压端
关联
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