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做芯片,從挑戰世界最難開始。
文 | 華商韜略 東木褚
作為第三代半導體材料的代表,氮化鎵被稱為“半導體游戲規則的改變者” 。
2015年,看好氮化鎵的前NASA科學家駱薇薇回國創業,如今,她已是全球氮化鎵芯片的王者。
【01 站上頂級舞臺】
AI正帶來一系列的用電挑戰與變革。
科技巨頭們則忙著制定新的游戲規則,引領行業前進。
比如,英偉達就決定引領數據中心電力系統的換代,從54V直流架構升級到800V高壓直流架構,目標在2027年全面部署,以滿足AI算力需求暴增后的供電效率。
8月1日,英偉達公布了800V直流電源架構合作伙伴名錄,7家企業入選了芯片供應商名單,有美國老牌芯片大廠、“張忠謀的老東家”德州儀器,日本知名半導體制造商羅姆,德國汽車芯片巨頭英飛凌,歐洲的意法半導體等等——
“最年輕”的,是來自中國的半導體廠商英諾賽科。
三天后,英諾賽科在官網發文,“本公司第三代氮化鎵GaN芯片具備高頻、高效率與高功率密度等特性,為英偉達800VDC架構提供從800V輸入到GPU終端,覆蓋15V到1200V的全鏈路氮化鎵電源解決方案。”
英諾賽科能被英偉達看中,與國際大廠并肩站在AI舞臺的中央,靠的就是對氮化鎵芯片技術的研究。
制材直接決定著芯片的成本、效率和性能。自1950年代芯片發明至今,先后有以硅為代表的第一代芯片材料,以砷化鎵和磷化銦為代表的第二代芯片材料,以及氮化鎵、碳化硅為代表的第三代材料。
其中,硅依然憑借穩定性高和地殼含量多等因素占據芯片材料的主流選擇。
1980年代興起的以砷化鎵和磷化銦為代表的化合物芯片,主導了移動通信基站、衛星通信系統等場景,但在整個芯片應用領域仍屬小眾。
2010年開始登上舞臺的氮化鎵,則被認為有可能對硅產生顛覆性的影響,因為它的各種特性都優于硅,而且特別適合AI時代。
以氮化鎵為材料做出的芯片,具有高功率、低能耗、體積小的特性,以AI時代最迫切需要的數據中心為例,應用氮化鎵芯片,可使單機房算力密度提升10倍以上。
成立于2015年的英諾賽科,目前已是氮化鎵芯片領域的龍頭企業,在全球氮化鎵功率半導體市場份額排名第一,市占率達42.4%,2024年在港股上市,目前市值近900億。
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▲駱薇薇(右)來源:英諾賽科
英諾賽科創始人駱薇薇為美籍華人芯片專家,她曾在NASA工作15年,從項目經理一路做到首席科學家。
2014年,美國納微半導體成為全球首個推出氮化鎵功率芯片的公司,全球氮化鎵材料芯片的研發與應用加速,一直關心著中國芯片發展的駱薇薇認為,這是中國實現芯片趕超的機會,于是決定回國創業。
駱薇薇曾用三個“難”字形容英諾賽科的創業之路,研發難、融資難、建廠也難,最初談了十幾個投資機構都黃了,但她始終對氮化鎵充滿信心,“我們沒有被‘固有經驗’勸退,每天朝著‘不可能’多走一步,走到了今天。”
【02 挑最難的做】
2015年12月,駱薇薇回國創業,在珠海高新區成立英諾賽科,出資方包括英諾賽科、國企珠海高新創投和珠海高新技術創業服務中心,注冊資本10億人民幣。
即便自身是芯片專家,要在前沿領域做一家新公司,難度依然可想而知,得知消息的朋友,也曾勸她,“氮化鎵的坑太深了,不熬八、九年別想量產。”
但駱薇薇認為,困難是可以克服的,而且難才更顯意義。“在NASA的工作經歷讓我積累了勇氣,再難的事,也敢做可行性分解,按邏輯一步一步去完成。”
非但如此,她還一開始就選擇了最困難的方式,立志徹底掌握核心,創造出一個不同的成功樣本。
自臺積電張忠謀將芯片產業的設計制造一劈為二,分為芯片制造(代工)、芯片設計以來,芯片創業公司大都選擇了資產門檻更低,也更能聚焦力量投入研發的設計路線,而制造則交給臺積電、中芯國際等專業大廠。
但駱薇薇和創始團隊卻選擇了IDM全產業鏈模式,把設計、制造、銷售都掌握在自己手里。
這么選的理由是,只有有了自主可控的生產線,才能解決氮化鎵芯片大規模推廣的三大痛點:價格、量產和供應鏈保障。
而且,他們還更有挑戰性地決定:直接制造領先業界的8英寸晶圓,而不是當時市場主流的6英寸晶圓。
相比6英寸,8英寸晶圓能多產出80%的晶粒,降低30%的成本,做8英寸能真正把價格打下來,但每擴大一英寸,難度都呈指數級上升,要攻克一系列技術難關。
創業頭兩年,駱薇薇就像是“救火隊長”,帶領團隊四處突圍,買不到歐美卡脖子的設備,就想方設法找舊機器,年輕人工程師沒經驗,就駐守車間一遍一遍地教……
最終,英諾賽科克服一系列困難,攻下了兩大核心技術,一是突破了低翹曲度、低缺陷及位錯密度、低漏電晶圓制造等世界級挑戰,成功掌握了8英寸硅基氮化鎵外延技術;二是開發出8英寸硅基氮化鎵器件制造工藝流程。
2017年11月,英諾賽科建成了中國首條8英寸硅基氮化鎵外延與芯片生產線,于無聲處響了一記驚雷,受到了行業內外的關注,也為擴大產能找到了“伯樂”。
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▲8英寸氮化鎵晶圓,來源:英諾賽科
當時,正在加碼芯片產業的江蘇蘇州,邀請英諾賽科入駐其汾湖新型半導體產業園,支持其開建了被列為江蘇省重點項目的、投資總額就高達80億元的第三代半導體基地。
2020年夏天,英諾賽科的8 英寸芯片生產線迎來重大突破,產品良率達到92%,那天,一身油污工服的駱薇薇跟工程師團隊一起歡呼勝利。
2021年6月,英諾賽科(蘇州)半導體公司舉行了量產暨研發樓奠基儀式,標志著全球最大的氮化鎵生產基地正式投產,對全球第三代半導體技術的發展意義重大,上海、蘇州和國家集成電路產業投資基金的相關領導都出席了慶典。
歷經6年艱辛研發,英諾賽科的8英寸硅基氮化鎵終于開啟了大規模量產的階段。
【03 追趕時代】
隨著量產的實現,英諾賽科得以大展拳腳,一位強援的加盟更是如虎添翼,他就是中芯國際技術研發副總裁吳金剛博士。
吳博士在中芯國際任職20年,是先進工藝制程業務的核心管理者,能讓他放棄千萬股權激勵離職,很多人猜測下家可能是華為,但沒想到是擔任英諾賽科的CEO。
打動吳博士的不是企業的規模,而是一個有更大想象力的未來,這也是駱薇薇她們所相信的,“氮化鎵技術將重塑AI算力、新能源汽車、機器人等未來產業的賽道。”
以人形機器人為例,機器人的靈活性取決于關節電機,傳統電機存在體積大、發熱高、續航短等問題,而未來單個機器人的關節將從今天的幾十個增加到兩百個以上,如果應用氮化鎵驅動模組,將徹底解決關節電機的問題,讓人形機器人無限接近人的靈活性。
在消費電子領域,氮化鎵技術帶來的改變已經出現,其低邊驅動器芯片能縮小電源系統的尺寸,降低功率損耗,延長電池的使用時間,進而被諸如手機,乃至新能源汽車相關產品采用。
2021年10月,英諾賽科自主研發的雙向導通產品VGaN率先導入OPPO手機,成為世界第一款導入智能手機內部電源開關領域的氮化鎵芯片。
隨后,智能充電品牌安克也采用了英諾賽科的氮化鎵芯片,兩家共同發布了全球首款65W全氮化鎵快充,攜手把手機快充設備推進到“氮化鎵時代”。
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▲來源:英諾賽科
與手機快充一同快速發展的,還有英諾賽科的汽車電子業務,2022-23年,其多款車載充電器、激光雷達電源芯片產品獲得了AEC-Q101車規級認證。
在英諾賽科的C輪融資中,寧德時代董事長曾毓群以個人名義投資了2個億,英諾賽科也收獲了寧德時代這個重要的客戶,為其鋰電池相關設備提供電源模組。
2023年,不斷取得頭部客戶的英諾賽科,營收突破5億達5.93億元,截至當年8月,其氮化鎵芯片出貨量突破3億顆,實現了消費和工業級產品(手機、LED、汽車激光雷達、數據中心)的大批量交付,一躍成為全球消費類領域最大的氮化鎵供應商,市場份額高達42%,雖然依然虧損,但盈利的曙光已經展現。
如此業績,也讓英諾賽科遭到國外同行阻擊。
2023年5月,美國氮化鎵巨頭宜普就向聯邦法院和美國國際貿易委員會(ITC)指控英諾賽科專利侵權,意欲禁止其產品出口美國,但英諾賽科的700+項技術專利,瓦解了對方的進攻,取得了專利案的勝利。
打贏專利官司的另一邊,英諾賽科不斷加快走向全球市場的速度,在硅谷、首爾、比利時等地設立了子公司和研發中心。
駱薇薇常對海外團隊說,要讓世界相信‘中國芯’。而且,技術出身的她,也會變成“推銷”高手給同事們支招,“你們除了聊參數、技術之外,也要直觀地告訴客戶,用我們的芯片,能讓您的新能源車多跑50公里,數據中心的能耗降低20%。”
8月28日,英諾賽科發布了2025年的半年報,營收5.53億元,比去年同期增長43.4%,毛利率由負轉正為6.8%,還與頭部客戶全球首次實現搭載氮化鎵芯片的機器人量產出貨。
據咨詢機構調研,隨著AI數據中心、新能源汽車、機器人的迅猛發展,對第三代半導體芯片的需求也將越來越大,除了氮化鎵,同屬第三代芯片材料的碳化硅也在快速增長,其2030年的市場規模將達到150億美元。
而據業內專家預測,氮化鎵芯片市場將在兩到三年內達到數十億美元的規模,并在未來十年內達到約數百億美元。
因此,氮化鎵芯片的競爭仍會相當激烈,英諾賽科的勁敵英飛凌已經宣布,其成功研發的12英寸晶圓量產在即,而駱薇薇的征程也剛到中途,她的目標是:“做第三代芯片的臺積電、英偉達,不是羨慕人家的規模,而是技術上的話語權。”
今年春節,英諾賽科爆單了,員工們無暇過節,每天安排70人堅守在無塵車間,為了響應海外用戶的需求,維護團隊24小時待命,一位研發工程師看著實驗室里毫米見方的氮化鎵晶圓,對記者說:
“我們追趕的不是時差,是時代。”
【參考資料】
[1]《EPC專利被判決無效,英諾賽科獲ITC案件終極勝利》英諾賽科官網
[2]《駱薇薇:從NASA首席到英諾賽科掌舵人,一位女科學家的"造芯"傳奇》金磚財經
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