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

當(dāng)波士頓動(dòng)力Atlas機(jī)器人完成后空翻時(shí)，全球科技界意識(shí)到人形機(jī)器人的肢體靈活性不再是科幻想象。而支撐這些高難度動(dòng)作的核心，離不開功率器件的性能提升。

據(jù)悉，頭部具身智能廠商上海智元機(jī)器人已開始搭載英諾賽科的氮化鎵（GaN）芯片，這意味著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)”。

這場跨界融合改寫了機(jī)器人核心元器件的技術(shù)路徑，還催生了一個(gè)價(jià)值萬億美元的新市場生態(tài)。

01 GaN：人形機(jī)器人的 “功率核心”

拆開人形機(jī)器人的髖關(guān)節(jié)模塊，會(huì)看到關(guān)節(jié)腔內(nèi)密密麻麻排列著20余顆指甲蓋大小的黑色GaN器件芯片。傳統(tǒng)硅基MOSFET根本無法塞進(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。

這種空間限制反映了人形機(jī)器人對(duì)功率器件的極高要求。

當(dāng)前主流人形機(jī)器人搭載30到40個(gè)關(guān)節(jié)電機(jī)，按關(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，最大的關(guān)節(jié)則需要24顆。單臺(tái)機(jī)器人的GaN基礎(chǔ)用量約300顆。

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)的三大因素正在加速這一進(jìn)程：一是電機(jī)數(shù)量增加，從現(xiàn)有40個(gè)關(guān)節(jié)向60個(gè)自由度發(fā)展；二是功能模塊拓展，GPU電源管理、電池管理系統(tǒng)（BMS）等新應(yīng)用場景出現(xiàn)；三是功率密度提高，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在LED照明和激光顯示等顯示技術(shù)領(lǐng)域早已占據(jù)重要地位。近年來，憑借其卓越的擊穿電場、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)用前景受到更多關(guān)注。

如今GaN能在人形機(jī)器人產(chǎn)業(yè)大規(guī)模應(yīng)用，是因?yàn)槠湫阅軆?yōu)勢突破了傳統(tǒng)功率器件的性能限制。這片看似普通的晶圓，蘊(yùn)含著讓機(jī)器人“活動(dòng)自如”的核心秘密。

首先，當(dāng)人形機(jī)器人做出抓取玻璃杯等精細(xì)動(dòng)作時(shí)，手指關(guān)節(jié)電機(jī)需要在0.1秒內(nèi)從靜止切換到500rpm轉(zhuǎn)速。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更快。

其次，機(jī)器人的續(xù)航問題，根源在于功率器件的能耗。傳統(tǒng)硅基器件在開關(guān)過程中會(huì)產(chǎn)生大量能量損耗，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）更小，開關(guān)損耗比硅基器件降低85%。

此外，在機(jī)器人關(guān)節(jié)這個(gè)空間有限的地方，GaN還能大幅節(jié)省空間。英諾賽科的測試顯示，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)節(jié)能，提升了機(jī)器人的續(xù)航和運(yùn)動(dòng)靈活性。

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)域的領(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)用到機(jī)器人上，通過GaN技術(shù)解決了傳統(tǒng)硅基器件在功率密度和控制精度上的問題。

目前，智元人形機(jī)器人已在脖子、手肘等關(guān)鍵關(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器件已裝配到數(shù)百臺(tái)人形機(jī)器人上。

機(jī)器人龍頭企業(yè)的選擇，決定了產(chǎn)業(yè)的發(fā)展方向。

英諾賽科開始批量供貨，標(biāo)志著GaN在機(jī)器人領(lǐng)域從技術(shù)驗(yàn)證階段進(jìn)入商業(yè)化落地階段，為大規(guī)模應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。

摩根士丹利報(bào)告顯示，人形機(jī)器人銷量將大幅增長：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)。

這也帶動(dòng)了供應(yīng)鏈滲透率逐年提高。

上游方面，弗若斯特沙利文數(shù)據(jù)顯示，2023年，氮化鎵功率半導(dǎo)體市場規(guī)模為18億元，占全球功率半導(dǎo)體市場的0.5%，2023年被視為氮化鎵行業(yè)指數(shù)級(jí)增長的開端。

預(yù)計(jì)到2028年，全球氮化鎵功率半導(dǎo)體市場規(guī)模將達(dá)501億元，占功率半導(dǎo)體市場10.1%的份額，滲透率逐年上升。

這一增長趨勢背后，是GaN等核心器件成本下降與機(jī)器人滲透率的正反饋循環(huán)。

摩根士丹利強(qiáng)調(diào)中國在這場產(chǎn)業(yè)革命中的重要地位：預(yù)計(jì)2050年中國將占據(jù)全球人形機(jī)器人市場60%的份額，成為最大的消費(fèi)市場和生產(chǎn)基地。

當(dāng)10億臺(tái)人形機(jī)器人進(jìn)入工廠、家庭和服務(wù)業(yè)，人類社會(huì)將發(fā)生巨大變革。英諾賽科應(yīng)用于智元機(jī)器人，就是這場變革的一個(gè)縮影。

站在2025年回顧，英諾賽科與智元的合作是一個(gè)分水嶺。此前，GaN是消費(fèi)電子的“性能升級(jí)選擇”，此后，它成為人形機(jī)器人的 “必備品”。

當(dāng)數(shù)百臺(tái)搭載GaN器件的機(jī)器人交付時(shí)，我們看到的不僅是技術(shù)的商業(yè)化，更是“機(jī)器人 + GaN”新產(chǎn)業(yè)生態(tài)的開端。

未來十年，隨著GaN成本下降和性能提升，人形機(jī)器人將走進(jìn)更多領(lǐng)域。這場由中國企業(yè)主導(dǎo)的技術(shù)革命，將改寫全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)格局，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說，“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，正是這場進(jìn)步中不可或缺的“功率密碼”。

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