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半導(dǎo)體封測(cè)，半導(dǎo)體官方群！

一直被抄襲，從未被超越！

GaN芯片突破機(jī)器人關(guān)節(jié)極限，智元應(yīng)用催生萬億市場(chǎng)生態(tài)。

來源｜36kr

當(dāng)波士頓動(dòng)力Atlas機(jī)器人完成后空翻的瞬間，全球科技界意識(shí)到，人形機(jī)器人的肢體靈活性已不再是科幻想象。但鮮為人知的是，支撐這一系列高難度動(dòng)作的核心，逃不開功率器件的性能躍遷。

據(jù)悉，頭部具身智能廠商上海智元機(jī)器人已經(jīng)開始搭載英諾賽科的氮化鎵（GaN）芯片，標(biāo)志著GaN器件正式突破消費(fèi)電子領(lǐng)域，成為人形機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的 “功率神經(jīng)”。

這場(chǎng)跨界融合不僅改寫了機(jī)器人核心元器件的技術(shù)路徑，更是在催生一個(gè)價(jià)值萬億美元的新市場(chǎng)生態(tài)。

01 GaN：人形機(jī)器人的 “功率核心”

如果拆開一個(gè)人形機(jī)器人的髖關(guān)節(jié)模塊，你會(huì)發(fā)現(xiàn)，這個(gè)直徑十幾厘米的關(guān)節(jié)腔內(nèi)，密密麻麻排列著20余顆指甲蓋大小的黑色芯片——這些正是GaN器件。而傳統(tǒng)硅基MOSFET根本塞不進(jìn)這么小的空間，與MOSFET相比，GaN整個(gè)功率器件的芯片面積減小了50%以上。

這種空間焦慮折射出人形機(jī)器人對(duì)功率器件的極致需求。

當(dāng)前主流人形機(jī)器人搭載30個(gè)至40個(gè)關(guān)節(jié)電機(jī)，按照關(guān)節(jié)尺寸分級(jí)配置 GaN 器件：手指等小關(guān)節(jié)需3至6顆，肘關(guān)節(jié)等中等關(guān)節(jié)需約12顆，而最大的關(guān)節(jié)則需要24顆。據(jù)此計(jì)算，單臺(tái)機(jī)器人的GaN基礎(chǔ)用量約300顆。

而隨著五指靈巧手、腰部扭轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)等新自由度的加入，機(jī)器人單機(jī)GaN用量將突破1000顆。

需求爆發(fā)的三大引擎正在加速這一進(jìn)程：一是電機(jī)數(shù)量增長，從現(xiàn)有40個(gè)關(guān)節(jié)向60個(gè)自由度演進(jìn)；二是功能模塊擴(kuò)展，GPU 電源管理、電池管理系統(tǒng)（BMS）等新應(yīng)用場(chǎng)景涌現(xiàn)；三是功率密度提升，關(guān)節(jié)電機(jī)功率從當(dāng)前80W向200W升級(jí)。

作為第三代半導(dǎo)體材料的代表，GaN實(shí)際上早已在LED照明和激光顯示等顯示技術(shù)領(lǐng)域占據(jù)重要地位。近年來，憑借其卓越的擊穿電場(chǎng)、熱導(dǎo)率、電子飽和率和高頻雙向?qū)ǖ忍匦?，氮化鎵在半?dǎo)體功率器件領(lǐng)域的應(yīng)用前景愈發(fā)受到行業(yè)關(guān)注。

如今GaN之所以能在人形機(jī)器人產(chǎn)業(yè)被大規(guī)模應(yīng)用，源于GaN的性能優(yōu)勢(shì)，顛覆了傳統(tǒng)功率器件的性能邊界。這片看似普通的晶圓，蘊(yùn)藏著讓機(jī)器人“舒展筋骨”的核心密碼。

首先，當(dāng)人形機(jī)器人做出類似抓取玻璃杯的精細(xì)動(dòng)作時(shí)，手指關(guān)節(jié)電機(jī)需要在0.1秒內(nèi)完成從靜止到500rpm 轉(zhuǎn)速的切換。這要求驅(qū)動(dòng)器件支持更高的PWM（脈沖寬度調(diào)制）頻率，而GaN FET的開關(guān)速度比硅基MOSFET更高。

其次，機(jī)器人續(xù)航焦慮的背后，是功率器件的能耗黑洞。傳統(tǒng)硅基器件在開關(guān)過程中會(huì)產(chǎn)生巨大能量損耗，占電機(jī)總功耗的23%。而GaN器件通過獨(dú)特的異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)，柵極電容（CG）和輸出電容（Coss）都更小，開關(guān)損耗較硅基器件降低 85%。

此外，如前文所述，在機(jī)器人關(guān)節(jié)這個(gè)“寸土寸金”的戰(zhàn)場(chǎng)，GaN還展現(xiàn)出驚人的空間壓縮能力。英諾賽科的實(shí)際測(cè)試顯示，采用GaN后關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)板體積縮減約50%，同時(shí)實(shí)現(xiàn)顯著節(jié)能效果，推動(dòng)機(jī)器人續(xù)航與運(yùn)動(dòng)靈活性雙提升。

02 頭部的選擇，未來的方向

上海智元作為人形機(jī)器人領(lǐng)域領(lǐng)先企業(yè)，率先將集成了英諾賽科GaN器件的關(guān)節(jié)電機(jī)驅(qū)動(dòng)應(yīng)用至機(jī)器人，通過GaN技術(shù)解決了傳統(tǒng)硅基器件在功率密度與控制精度上的瓶頸。

據(jù)介紹，目前，智元人形機(jī)器人已在脖子、手肘等關(guān)鍵活動(dòng)關(guān)節(jié)的3個(gè)電機(jī)中應(yīng)用GaN器件，每個(gè)電機(jī)集成3顆GaN芯片，GaN器件已裝配至數(shù)百臺(tái)人形機(jī)器人。

機(jī)器人龍頭的選擇，從根本上決定了產(chǎn)業(yè)的潛力發(fā)展方向。

而英諾賽科眼下開始批量供貨，標(biāo)志著GaN在機(jī)器人領(lǐng)域從技術(shù)驗(yàn)證階段正式邁入商業(yè)化落地階段，為后續(xù)大規(guī)模應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。

摩根士丹利則在報(bào)告中描繪了人形機(jī)器人驚人的增長軌跡：2030年全球銷量900萬臺(tái)，2040年1.34億臺(tái)，2050年突破10億臺(tái)。

傳導(dǎo)至供應(yīng)鏈透率逐年提升。

上游，根據(jù)弗若斯特沙利文的數(shù)據(jù)，2023年，氮化鎵功率半導(dǎo)體的市場(chǎng)規(guī)模為人民幣18億元，占全球功率半導(dǎo)體市場(chǎng)的0.5%，伴隨著技術(shù)的愈發(fā)成熟以及下游應(yīng)用范圍更加廣泛，2023年被視為氮化鎵行業(yè)錄得指數(shù)級(jí)增長的開局之年。

預(yù)計(jì)到2028年，全球氮化鎵功率半導(dǎo)體的市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)人民幣501億元，占據(jù)功率半導(dǎo)體市場(chǎng)10.1%的份額，滲透率逐年提升。

這直線上漲的增長曲線背后，是GaN等核心器件的成本下降曲線與機(jī)器人滲透率的正反饋循環(huán)。

摩根士丹利特別強(qiáng)調(diào)了中國在這場(chǎng)產(chǎn)業(yè)革命中的核心地位：預(yù)計(jì)2050年中國將占據(jù)全球人形機(jī)器人市場(chǎng)60%的份額，成為最大的消費(fèi)市場(chǎng)和生產(chǎn)基地。

當(dāng)10億臺(tái)人形機(jī)器人走進(jìn)工廠、家庭和服務(wù)業(yè)，人類社會(huì)將面臨前所未有的變革。英諾賽科應(yīng)用于智元機(jī)器人，正是這場(chǎng)變革的微觀縮影。

站在2025年的技術(shù)隘口回望，英諾賽科與智元的“合體”恰似一道分水嶺。在此之前，GaN 是消費(fèi)電子的“性能升級(jí)選項(xiàng)”，自此之后，它成為人形機(jī)器人的 "生存必需品"。

當(dāng)數(shù)百臺(tái)搭載GaN器件的機(jī)器人在全球各地完成交付，我們看到的不僅是一項(xiàng)技術(shù)的商業(yè)化落地，更是“機(jī)器人 + GaN”新產(chǎn)業(yè)生態(tài)的胎動(dòng)。

未來十年，隨著GaN成本的持續(xù)下降和性能提升，人形機(jī)器人將從實(shí)驗(yàn)室走向生產(chǎn)線，從高端服務(wù)業(yè)走進(jìn)普通家庭。這場(chǎng)由中國企業(yè)主導(dǎo)的技術(shù)革命，不僅將改寫全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)格局，更將重塑人類與機(jī)器的協(xié)作關(guān)系。

或許正如科幻作家阿西莫夫所言，“人類的終極進(jìn)步，在于教會(huì)機(jī)器如何更好地服務(wù)于生命的價(jià)值?！?而GaN，正是這場(chǎng)進(jìn)步中不可或缺的“功率密碼”。

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