GaN芯片突破機器人關節極限，智元應用催生萬億市場生態。

當波士頓動力Atlas機器人完成后空翻的瞬間，全球科技界意識到，人形機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作的核心，逃不開功率器件的性能躍遷。

據悉，頭部具身智能廠商上海智元機器人已經開始搭載英諾賽科的氮化鎵（GaN）芯片，標志著GaN器件正式突破消費電子領域，成為人形機器人產業的 “功率神經”。

這場跨界融合不僅改寫了機器人核心元器件的技術路徑，更是在催生一個價值萬億美元的新市場生態。

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GaN：人形機器人的 “功率核心”

如果拆開一個人形機器人的髖關節模塊，你會發現，這個直徑十幾厘米的關節腔內，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。而傳統硅基MOSFET根本塞不進這么小的空間，與MOSFET相比，GaN整個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器人對功率器件的極致需求。

當前主流人形機器人搭載30個至40個關節電機，按照關節尺寸分級配置 GaN 器件：手指等小關節需3至6顆，肘關節等中等關節需約12顆，而最大的關節則需要24顆。據此計算，單臺機器人的GaN基礎用量約300顆。

而隨著五指靈巧手、腰部扭轉關節等新自由度的加入，機器人單機GaN用量將突破1000顆。

需求爆發的三大引擎正在加速這一進程：一是電機數量增長，從現有40個關節向60個自由度演進；二是功能模塊擴展，GPU 電源管理、電池管理系統（BMS）等新應用場景涌現；三是功率密度提升，關節電機功率從當前80W向200W升級。

作為第三代半導體材料的代表，GaN實際上早已在LED照明和激光顯示等顯示技術領域占據重要地位。近年來，憑借其卓越的擊穿電場、熱導率、電子飽和率和高頻雙向導通等特性，氮化鎵在半導體功率器件領域的應用前景愈發受到行業關注。

如今GaN之所以能在人形機器人產業被大規模應用，源于GaN的性能優勢，顛覆了傳統功率器件的性能邊界。這片看似普通的晶圓，蘊藏著讓機器人“舒展筋骨”的核心密碼。

首先，當人形機器人做出類似抓取玻璃杯的精細動作時，手指關節電機需要在0.1秒內完成從靜止到500rpm 轉速的切換。這要求驅動器件支持更高的PWM（脈沖寬度調制）頻率，而GaN FET的開關速度比硅基MOSFET更高。

其次，機器人續航焦慮的背后，是功率器件的能耗黑洞。傳統硅基器件在開關過程中會產生巨大能量損耗，占電機總功耗的23%。而GaN器件通過獨特的異質結結構，柵極電容（CG）和輸出電容（Coss）都更小，開關損耗較硅基器件降低 85%。

此外，如前文所述，在機器人關節這個“寸土寸金”的戰場，GaN還展現出驚人的空間壓縮能力。英諾賽科的實際測試顯示，采用GaN后關節驅動板體積縮減約50%，同時實現顯著節能效果，推動機器人續航與運動靈活性雙提升。

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頭部的選擇，未來的方向

上海智元作為人形機器人領域領先企業，率先將集成了英諾賽科GaN器件的關節電機驅動應用至機器人，通過GaN技術解決了傳統硅基器件在功率密度與控制精度上的瓶頸。

據介紹，目前，智元人形機器人已在脖子、手肘等關鍵活動關節的3個電機中應用GaN器件，每個電機集成3顆GaN芯片，GaN器件已裝配至數百臺人形機器人。

機器人龍頭的選擇，從根本上決定了產業的潛力發展方向。

而英諾賽科眼下開始批量供貨，標志著GaN在機器人領域從技術驗證階段正式邁入商業化落地階段，為后續大規模應用奠定了基礎。

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

傳導至供應鏈透率逐年提升。

上游，根據弗若斯特沙利文的數據，2023年，氮化鎵功率半導體的市場規模為人民幣18億元，占全球功率半導體市場的0.5%，伴隨著技術的愈發成熟以及下游應用范圍更加廣泛，2023年被視為氮化鎵行業錄得指數級增長的開局之年。

預計到2028年，全球氮化鎵功率半導體的市場規模將達人民幣501億元，占據功率半導體市場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器人滲透率的正反饋循環。

摩根士丹利特別強調了中國在這場產業革命中的核心地位：預計2050年中國將占據全球人形機器人市場60%的份額，成為最大的消費市場和生產基地。

當10億臺人形機器人走進工廠、家庭和服務業，人類社會將面臨前所未有的變革。英諾賽科應用于智元機器人，正是這場變革的微觀縮影。

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

當數百臺搭載GaN器件的機器人在全球各地完成交付，我們看到的不僅是一項技術的商業化落地，更是“機器人 + GaN”新產業生態的胎動。

未來十年，隨著GaN成本的持續下降和性能提升，人形機器人將從實驗室走向生產線，從高端服務業走進普通家庭。這場由中國企業主導的技術革命，不僅將改寫全球半導體產業格局，更將重塑人類與機器的協作關系。

或許正如科幻作家阿西莫夫所言，“人類的終極進步，在于教會機器如何更好地服務于生命的價值。” 而GaN，正是這場進步中不可或缺的“功率密碼”。

- XINLIU -

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