中青報經(jīng)濟時評：警惕外賣“內(nèi)卷”蠶食業(yè)態(tài)生機
GaN芯片突破機器人關節(jié)極限，智元應用催生萬億市場生態(tài)。
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(jù)悉，頭部具身智能廠商上海智元機器人已經(jīng)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(chǎn)業(yè)的“功率神經(jīng)”。
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(tài)。
01GaN：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(jié)模塊，你會發(fā)現(xiàn)，這個直徑十幾厘米的關節(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(jié)電機，按照關節(jié)尺寸分級配置GaN器件：手指等小關節(jié)需3至6顆，肘關節(jié)等中等關節(jié)需約12顆，而最大的關節(jié)則需要24顆。據(jù)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(jié)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(fā)的三大引擎正在加速這一進程：一是電機數(shù)量增長，從現(xiàn)有40個關節(jié)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(tǒng)（BMS）等新應用場景涌現(xiàn)；三是功率密度提升，關節(jié)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(jù)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?qū)ǖ忍匦裕壴诎雽w功率器件領域的應用前景愈發(fā)受到行業(yè)關注。
如今GaN之所以能在人形機器人產(chǎn)業(yè)被大規(guī)模應用，源于GaN的性能優(yōu)勢，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(jié)電機需要在0.1秒內(nèi)完成從靜止到500rpm轉速的切換。這要求驅(qū)動器件支持更高的PWM（脈沖寬度調(diào)制）頻率，而GaNFET的開關速度比硅基MOSFET更高。
其次，機器人續(xù)航焦慮的背后，是功率器件的能耗黑洞。傳統(tǒng)硅基器件在開關過程中會產(chǎn)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(zhì)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(jié)這個“寸土寸金”的戰(zhàn)場，GaN還展現(xiàn)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(jié)驅(qū)動板體積縮減約50%，同時實現(xiàn)顯著節(jié)能效果，推動機器人續(xù)航與運動靈活性雙提升。
02頭部的選擇，未來的方向
上海智元作為人形機器人領域領先企業(yè)，率先將集成了英諾賽科GaN器件的關節(jié)電機驅(qū)動應用至機器人，通過GaN技術解決了傳統(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，智元人形機器人已在脖子、手肘等關鍵活動關節(jié)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(shù)百臺人形機器人。
機器人龍頭的選擇，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，標志著GaN在機器人領域從技術驗證階段正式邁入商業(yè)化落地階段，為后續(xù)大規(guī)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(jù)弗若斯特沙利文的數(shù)據(jù)，2023年，氮化鎵功率半導體的市場規(guī)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(fā)成熟以及下游應用范圍更加廣泛，2023年被視為氮化鎵行業(yè)錄得指數(shù)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(guī)模將達人民幣501億元，占據(jù)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(huán)。
摩根士丹利特別強調(diào)了中國在這場產(chǎn)業(yè)革命中的核心地位：預計2050年中國將占據(jù)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(chǎn)基地。
當10億臺人形機器人走進工廠、家庭和服務業(yè)，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(shù)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(yè)化落地，更是“機器人+GaN”新產(chǎn)業(yè)生態(tài)的胎動。
未來十年，隨著GaN成本的持續(xù)下降和性能提升，人形機器人將從實驗室走向生產(chǎn)線，從高端服務業(yè)走進普通家庭。這場由中國企業(yè)主導的技術革命，不僅將改寫全球半導體產(chǎn)業(yè)格局，更將重塑人類與機器的協(xié)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?！倍鳪aN，正是這場進步中不可或缺的“功率密碼”。
轉載：36氪品牌
