世界各國正在努力實現脫碳、實現凈零碳排放的目標，關鍵途徑之一是能源供需進一步電氣化。高效電源轉換是兩者的重要推動因素。在供給側的可再生能源電力轉換應用(例如太陽能逆變器)和需求側的交通電氣化，都是使用碳化硅(SIC)和氮化鎵(GaN)等寬帶隙(WBG)功率半導體取得優勢的例子功率轉換效率和功率密度。

　　全球電氣化程度提高：

　　電力需求增加是由多種因素推動的，其中一些因素如下：

　　隨著成本改善、技術和基礎設施帶來更大的需求，從化石燃料內燃機向電動汽車 (EV) 的轉變正在加速。

　　住宅和商業家庭供暖中向電動熱泵的轉變再次受到成本和相對傳統燃氣鍋爐效率顯著提高的推動。鋼鐵生產等其他工業應用也越來越多地使用電爐。預計使用氫來產生熱量的應用，例如大宗化學品的生產和貨運鐵路，都需要電能來生產。

　　數字經濟的增長和人工智能 (AI) 的使用導致全球數據量大幅增長。數據中心及其冷卻系統需要大量能源。

　　電力占世界能源消耗的比例約為20%。預計未來幾年這一趨勢將加速，到 2050 年凈零排放情景將超過 50% 1。讓我們看一下 GaN 功率半導體預計將發揮重要作用的一些關鍵供需領域。

　　太陽能

　　基于 GaN 的微型逆變器、優化器和功率調節器將更有效地將光伏板 (PV) 產生的直流電轉換為可用的交流電，為家庭、充電站和電動汽車供電。住宅太陽能的平準化能源成本 (LCOE) 預計將在 2024 年進一步下降，使其成為越來越經濟實惠的解決方案。對更高功率光伏板和電池存儲解決方案的需求推動了對更高功率逆變器的需求。基于 GaN 的解決方案可實現更高的效率、更小的系統尺寸和更簡單的拓撲。

　　雙向微型逆變器拓撲可以更輕松地高效集成儲能解決方案 (ESS)。該報告還預測，無論是微電網(5 kW - 500 kW)還是集中式公用事業規模發電(數百兆瓦)，光伏發電將更高水平地智能融入主流電網。這將確保農村和城市社區的能源獨立性和復原力。

　　數據中心

　　根據 IEA 的數據，到 2022 年，數據中心消耗的電力約占全球總電力的 2%(約 460 TWh)，其中 40% 用于冷卻。全球創建的數據量呈指數級增長，預計到 2025 年將達到 175 ZB，比 2010 年增長 146 倍2。人工智能的使用顯著增加了計算需求，從而增加了能源足跡。例如，據信單個生成式人工智能查詢的碳足跡是搜索引擎請求的四倍3。

　　數據中心應用對 GaN 功率半導體的需求強勁。新的政府法規只會加速這一進程。服務器電源功率轉換效率方面的電源利用效率 (PUE) 漏洞預計將得到解決，同時數據中心的效率要求也會更高。使用 GaN 在較低溫度下工作的優點是降低冷卻功率和尺寸要求。冷板液體冷卻的勢頭還可以提高服務器性能。

　　電動汽車

　　電動汽車銷量呈現強勁增長，預計 2024 年銷量將飆升 21%，到 2030 年將超過全球汽車銷量的三分之二4。SiC功率器件在電動汽車牽引逆變器中發揮著主導作用。在汽車市場，GaN預計將在未來幾年發揮越來越重要的作用。GaN 功率半導體可能被視為 400 V 總線系統中 Si 和 SiC 解決方案的經濟高效替代品。

　　車載充電器 (OBC) 和 DC-DC 轉換器可能是 GaN 的最初應用目標。在快速充電 800 V 總線系統中，多級 GaN 拓撲也可以成為可行的解決方案。隨著電池成本不斷降低，GaN 提高的效率和功率密度可以協同降低總體成本，同時提高電動汽車的行駛里程。

　　消費者和商業市場

　　從 2024 年開始，在歐盟境內銷售的手機、平板電腦或相機將需要配備 USB Type-C 充電端口。這簡化了最終用戶體驗。功率級別更高的相同電源適配器可用于從手機到筆記本電腦的各種設備，從而簡化充電體驗。GaN器件已經廣泛應用于許多電源適配器中，高效率和小占位面積的要求將加速這一趨勢。

　　在德國慕尼黑等大城市，通過在智能手機中使用這些高效充電器，每年可節省家庭能源超過 2.3 GWh，并減少 1.1 kt CO 2當量排放。音頻行業也可能在 D 類音頻設計中利用 GaN 的卓越性能，使汽車音頻系統更輕、更小、更高效。高效的數千瓦專業音頻放大器系統將由 GaN 實現。采用 GaN 的更簡單設計的高保真消費音頻將為消費者帶來顯著的音頻體驗改善。

　　值得一提的是，英飛凌科技于 2023 年 10 月收購了 GaN Systems。這加速了他們的 GaN 路線圖。他們的 GaN 產品組合包括一系列 e-mode GaN HEMT 器件，電壓范圍為 100 V 至 700 V，采用各種創新 SMT 封裝。這些設備預計將在從電動汽車到電源適配器等應用中發揮至關重要的作用，并有助于實現凈零經濟的目標。

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