作者丨巴裡
編輯丨子鉞
題圖｜Baseus
蘋果可能是唯一沒有推出氮化鎵（GaN）快充的手機廠商了。
元旦之後，蘋果將在2021年推出自家氮化鎵快充產品的消息不脛而走。與此同時，「別問，問就是為了環保」，也成為近來網友調侃蘋果的流行語。
蘋果在其iPhone 12系列中不再標配充電器，CEO庫克給出的解釋是「為了環保」。三星也緊隨其後，外媒消息稱即將推出的Galaxy S21系列，同樣不附帶充電器。
小米則借勢狠狠地「營銷」了一把。雷軍稱小米11提供了標準版和套裝版，標準版又稱之為「環保版」，不配備充電器，套裝版配備了氮化鎵充電器，兩款價格同為3999元，把「環保」的選擇權交給了消費者。
圖源：小米11發布會
有了手機廠商的這波「環保」騷操作，也讓整個快充行業沸騰起來，上到快充晶片、解決方案商，下至製造工廠、品牌商，紛紛感受到了前所未有的商機。
以蘋果為例，從iPhone12到iPhone SE等14款支持PD快充的機型，均已不再標配充電器。這將在短期內導致市場供求關係失衡，以致引發第三方快充配件井噴式爆發。
電商頁面截圖/來源：京東
而氮化鎵這一半導體專業名詞，在短時間內成為了「網紅」新詞彙。氮化鎵快充成為了各大電商的暢銷品類。
手機廠商們捧出來的百億風口
特別是最近一年，65w、120w快充接連出現，15分鐘即可充滿一部手機，氮化鎵快充甚至成為各大手機廠商主打的賣點。
這主要是由於，在現在5G換機潮下，用戶購買的5G手機普遍比4G手機的耗電量更大。更快的5G網速帶來的是手機數據處理能力和處理量的成倍提升。完成更多的任務量，就需要更大的帶寬，這也導致了5G手機更加費電。
同時，目前電池技術已經到達瓶頸，無休止地增加電池容量也並不現實。因此，縮短充電時間就成為緩解用戶續航焦慮的唯一途徑。
隨著屏幕越來越大，電池容量也在不斷增長。十年前，手機電池平均容量僅為1200毫安，而到了2020年，智慧型手機電池平均容量達到4500毫安，十年擴大了3倍以上；手機屏幕也從2寸增長到今天主流的6.5寸，屏幕放大四倍。
疊加iPhone 12的「環保」神助攻，這讓整個快充產業鏈一夜提速。有充電器工廠表示，iPhone12發布後各電商平臺的充電器需求暴漲，上千家充電器工廠正緊鑼密鼓地趕製充電器，銷售規模比7月份上漲70%。
「蘋果帶頭，三星跟進，它們不送，大家只好到店內買，就會買比較貴且支持快充的充電器，而且體積更小，放包包剛好，」一名券商分析師說。
以這些手機廠商的銷量估算，預計2021年將有至少上億顆免費充電器從全球市場消失。由此掀起的蝴蝶效應是，由氮化鎵這種半導體新材料所製成的充電器將會加速普及。
2019年也被稱為氮化鎵元年，OPPO Reno Ace首次標配氮化鎵快充充電器。據創業邦粗略統計，2020年，已有華為、小米、Vivo、聯想、中興等10家手機品牌進入氮化鎵快充，如果再加上Anker、倍思等第三方配件廠商，目前市面上所推出的氮化鎵產品已經達到上百款。
市面上部分氮化鎵快充產品/圖源：smzdm
值得注意的是，據臺媒報導，蘋果也將在2021年推出自家的氮化鎵快充產品，由美國納微半導體（Navitas）供應氮化鎵電源晶片，臺積電負責代工，並預估將在2021年第二季出貨。
蘋果的入局，也必然預示著將整個氮化鎵快充產業鏈推向風口。
中信證券在報告中稱，隨著用戶對充電器通用性、便攜性的需求提高，未來氮化鎵快充市場規模將快速上升，預計2020年全球氮化鎵充電器市場規模為23億元，2025年將快速上升至638億元，5年複合年均增長率高達94%。
那麼，手機廠商為何都將快充新材料無一例外地鎖定在了氮化鎵身上？
傳統充電器所使用的基礎材料是矽，矽是產量最大、應用最廣的半導體材料。但隨著矽的物理極限逐步逼近，眾多廠商開始努力尋找更合適的替代品。
作為正當紅的第三代半導體核心材料，氮化鎵比矽的禁帶寬度大3倍，擊穿場強高10倍，飽和電子遷移速度大3倍，熱導率高2倍。
這一系列優勢下來，氮化鎵更適合做大功率高頻的功率器件，同時體積還更小，功率密度還更大，且不容易發熱。應用在充電器上，就能夠實現同等充電功率下，體積可縮小一半之多。
65w氮化鎵充電器與61w Macbook Pro充電器體積對比
一個更加直觀的例子是，假如所有電器都換成氮化鎵材質，整體用電量將會減少20%。
「快充市場想要賺錢並不容易」
快充僅僅是氮化鎵應用的冰山一角。
品利基金在一份研報中指出，氮化鎵目前的應用方向主要有三個：一是光電領域，如LED、VCSEL傳感器等；二是功率領域，包括快充頭、變頻器、新能源汽車、消費電子等電子電力器件；三是射頻領域，包括5G基站、軍事雷達、低軌衛星、航天航空等領域。
目前看來，後兩者是產業界更希望實現突破的兩個方向，也有著更大的發展空間。
從產業化層面來講，相比氮化鎵功率器件，射頻器件的應用相對更為成熟。
「利用氮化鎵大功率、散熱好的特性，4G時代就已經有不少基站應用了氮化鎵的功率放大器（PA），在5G時代已經基本上實現了大規模應用。」安芯投資管理合伙人兼首席戰略官周貞宏表示。
根據拓墣產業研究院預測，國內5G宏基站建設將於2023年左右達到高峰，年新增115萬個以上，對應PA需求高達2.21億個，佔比將達到80%。
而另一邊，在氮化鎵成為「網紅」前，整個氮化鎵功率器件的市場規模，曾經歷過長達數年的蟄伏。
「2010-2015年，可以說整個產業還沒有實現產業化。」周貞宏說道。2010年前後，國外就有不少投資機構、大公司進入氮化鎵功率器件市場，但也有不少公司倒閉，整個行業一直沒有發展起來，並不像想像的那麼快。美國電源製造商協會(PSMA)曾連續做過5次市場預測，卻都沒有達到預期。
他認為，從做投資的角度來說，時機非常重要，如果投早了，就要耐心地扛著。實際上，快充市場雖然很大，但面臨著非常大的成本壓力，想要賺錢非常不容易。
雖然氮化鎵和碳化矽同為第三代半導體，但由於電動汽車在應用碳化矽器件後，同樣的電池容量可以提升更長的續航裡程，整體來說還是有切實的經濟效益的。（具體可參見：《為了提升續航，馬斯克又引發一場「造芯」革命，華為比亞迪已進場》）
從原材料難以生產到封裝成本高，都導致了氮化鎵器件的「高貴」。
小米在去年所推出的氮化鎵充電器中，除了PD協議成本，其他電容電感線圈等之外，最主要的成本來自於氮化鎵MOS功率晶片。而商業方案中用的較多的矽基氮化鎵外延片8英寸也高達1萬多元，比同面積的矽片貴30多倍。
過於昂貴的原材料也導致了氮化鎵晶片非常昂貴，最終傳到終端產品就會導致高出普通充電頭數倍的價格。
傳統矽基功率器件和氮化鎵MOS/圖源：IT168
周貞宏透露，實際上，在評估加拿大GaN Systems公司的時候，他們在2014年就有氮化鎵功率器件的產品，所有客戶在測試了他們的產品之後，雖然產品質量、可靠性都沒有問題，系統成本也有優勢，但仍然沒有人願意當第一個吃螃蟹的人。
「傳感器損壞了，整個設備還可以繼續運行，但如果功率器件損壞，設備就會斷電停止運行，僅為了節省一點空間和成本，並沒有人願意以身試險。並且由於氮化鎵是異質外延，本身會存在潛在的材料缺陷，這就導致大家都在觀望，整整過去了十年仍然難以上量。」
雲岫資本董事總經理趙佔祥也對創業邦表示，氮化鎵相比傳統矽基來說，還屬於新物種，所以其良率、可靠性還需要花費更長時間慢慢優化。
「之所以氮化鎵快充能夠發展起來，是由於它是一種最容易被驗證能夠滿足產業化需求的品類，充電器壞了可以直接更換，並不會造成難以挽救的損失」，周貞宏說。
從過去三年來看，氮化鎵功率器件的成本每年在以20%-30%的比重下降，這也讓氮化鎵爆發式增長成為可能。同時，隨著產量的提升以及高頻生態的逐漸完善成熟，周貞宏認為，氮化鎵最終要實現產業化，還是要往中高功率的方向發展。
氮化鎵功率器件產業發展路線圖/圖源：Yole
根據Yole的路線圖，氮化鎵功率器件最先發展起來的是手機快充，而後是新能源汽車，接著是數據中心的應用。
例如在新能源汽車領域，GaN Systems在去年就曾展出過一款All-GaN（全氮化鎵）汽車。其執行長Jim Witham認為，氮化鎵正在改變整個汽車行業的遊戲規則。採用氮化鎵技術，在充電效率維持不變的水平下，車載充電器的成本、功率器件的重量、體積以及損耗都可以降低30%左右。
同時，藉助氮化鎵高頻無線充電的優勢，實現座艙內多部手機同時無線快充，甚至手機可隨意放置，不受異物幹擾。
全氮化鎵汽車/圖源：eefocus
據悉，在900V以下的市場，氮化鎵都有較大的應用潛力，已經佔據整個功率市場約68%的比重，按照整體市場154億美元來看，氮化鎵功率器件的潛在市場超過100億美元。
三安集團北方公司副總經理陳東坡也表達了同樣的觀點。他認為，從二級市場和下遊客戶反應來看，氮化鎵功率器件最先在手機快充爆發，未來將會擴展到新能源汽車和無線充電領域。
從產品來講，200伏和100伏低壓產品主要在快充領域，650伏高壓產品則主要應用於數據中心、無線充電和電動車領域。
2021年，氮化鎵將迎來爆發期
從前兩代半導體的發展歷程來看，頂級的矽基功率器件廠商都採用IDM（垂直整合製造）模式，在第二代半導體中，砷化鎵射頻晶片的頂級廠商——美國的Skyworks和Qorvo公司仍然是IDM模式。
趙佔祥表示，目前來說，第三代半導體採用IDM模式是主流。產能是影響氮化鎵產業化的一大因素。目前，只有臺積電等少數代工廠可以製造氮化鎵晶片。如果所有手機廠商都標配氮化鎵充電器，產能很難滿足。
他談道，像英諾賽科這樣的國內廠商也正在走IDM模式，晶片設計、製造全是自己來做，這樣就能夠做到產業鏈的自我控制，降低風險。
氮化鎵功率器件產業鏈/圖源：CSA
氮化鎵與同為第三代半導體的碳化矽產業鏈類似，依次為單晶襯底、材料外延、器件設計、器件製造。儘管目前仍以IDM企業為主，但設計與製造環節已經開始出現分工，如傳統矽晶圓代工巨頭臺積電也開始提供氮化鎵製程代工服務，國內的三安集成也在提供代工服務。
「我們最看重半導體設計公司的Know-How（技術訣竅）。如果脫離第三代半導體材料衰減等外沿特性，不掌握Know-How，不做好Driver和封裝測試等，不能實現產業鏈上的整合，往往這家公司是很難做大的」，華登國際合伙人王林曾說道。
「不同於碳化矽都是大廠在推，氮化鎵往往是初創公司走在前面。」周貞宏認為，大公司普遍更加謹慎，對於技術的可靠性、成熟度以及成本方面有著更多的考量，但小公司包袱少、不會擔憂這麼多。從投資上來說，並不會看一些相對成熟的公司，而是在恰到好處的時機切入和挖掘出有價值的初創公司。
王林也認為，從華登的角度來看，觀察第三代半導體也有一段時間，但到現在還沒有真正出手，原因也是出於對其難點的考慮。
2020年國內氮化鎵領域融資事件
數據來源：睿獸分析，創業邦製圖
從融資事件上也可以看出，與氮化鎵快充在消費端火熱不同的是，投資機構出手並不多，2020年全年僅有3起融資事件，且這些公司尚處於早期階段，融資金融普遍不大，也鮮有知名機構的身影。
實際上，由於氮化鎵技術門檻較高，目前該領域仍然以歐美日企業為主。國內也有終端廠商以投資的方式在海外提前布局。
例如，小米就曾在2018年投資了美國納微半導體。隨後，經過一年多的合作研發，小米氮化鎵充電器才得以問世。如今，除了進入小米快充供應鏈，納微半導體還與OPPO、聯想、戴爾等廠商合作推出了數十款氮化鎵快充產品。
除此之外，國內不少企業正在產業鏈上下遊加緊布局，比如氮化鎵襯底供應商有納維科技、東莞中鎵；外延廠商有蘇州晶湛、聚能晶源等；代工廠有三安光電、海威華芯；相關器件廠商則包括聞泰科技、士蘭微、華潤微、海特高新、華微電子等多家公司。
創業邦根據公開資料整理/製圖：創業邦
相比2019年，2020年國內氮化鎵產業投資熱度可謂是起飛式的增長。創業邦根據CASA和公開資料整理，全年共8個增產（含新建和擴產）項目，已披露的投資擴產金額達到193.25億元，較2019年同比增長近330%。
「現在整個產業都在賽跑，手機快充領域主要是美國的納微半導體和PI公司，還沒有所謂的巨頭出現，國內廠商如果能夠快速切入搶佔市場把量衝起來，就很有可能實現超越。」周貞宏說。
如果說2020年是氮化鎵快充的窗口轉換期，那麼，2021年勢必將迎來爆發期。