In den „2025 Predictions – GaN power semiconductors“ betont Infineon, dass es sich bei Galliumnitrid (GaN) um eines der bedeutendsten Halbleitermaterialen handelt: Es wird die Art und Weise verändern, wie Energieeffizienz und Dekarbonisierung in den Bereichen Consumer, Mobilität, Residential Solar, Telekommunikation und KI-Rechenzentren umgesetzt werden. Für die Anwendungen der Hersteller und Endkunden bietet GaN erhebliche Vorteile und ermöglicht eine effiziente Leistung, Größeneinsparungen, geringeres Gewicht und niedrigere Gesamtkosten. Während USB-C-Ladegeräte und Adapter die Vorreiter waren, steht GaN nun kurz davor, sich in weiteren Branchen durchzusetzen, was den Markt für GaN-basierte Leistungshalbleiter erheblich vorantreiben wird.
„Infineon hat sich das Ziel gesetzt, die Dekarbonisierung und Digitalisierung durch Innovationen voranzutreiben, die auf allen Halbleitermaterialien Si, SiC und GaN basieren“, sagt Johannes Schoiswohl, Leiter der GaN Business Line bei Infineon. „Die Bedeutung umfassender Energiesysteme wird zunehmen, wobei GaN aufgrund seiner Vorteile bei Effizienz, Leistungsdichte und Größe eine wichtige Rolle spielt. Da die Kostenparität mit Silizium in greifbare Nähe rückt ist, werden wir in diesem Jahr und darüber hinaus eine höhere Akzeptanz von GaN erleben.“
Einsatz von KI bis Robotik
Eine effiziente Stromversorgung von KI wird in hohem Maße von GaN abhängen. Der rasante Anstieg der benötigten Rechenleistung und des Energiebedarfs in KI-Rechenzentren wird den Bedarf an fortschrittlichen Lösungen, die die erheblichen Lasten von KI-Servern bewältigen, weiter erhöhen. Stromversorgungen, die früher 3,3 kW leisteten, entwickeln sich jetzt in Richtung 5,5 kW. Die Prognosen gehen in Richtung 12 kW oder mehr pro Einheit. Durch den Einsatz von GaN können KI-Rechenzentren die Leistungsdichte verbessern, was sich direkt auf die Menge an Rechenleistung auswirkt, die in einem bestimmten Rack zur Verfügung gestellt werden kann. Während GaN klare Vorteile bietet, sind hybride Ansätze, bei denen GaN mit Silizium und Siliziumkarbid kombiniert wird, ideal, um die Anforderungen von KI-Rechenzentren zu erfüllen. Sie erzielen die besten Kompromisse zwischen Effizienz, Leistungsdichte und Systemkosten.
Infineon erwartet, dass GaN auf dem Markt für Haushaltsgeräte stark an Bedeutung gewinnen wird, da Geräte wie Waschmaschinen, Trockner, Kühlschränke und Wasser-/Wärmepumpen höhere Energieeffizienzwerte benötigen. Bei 800-W-Anwendungen kann GaN zum Beispiel eine Effizienzsteigerung von zwei Prozent ermöglichen, was den Herstellern dabei hilft, die begehrten A-Bewertungen zu erreichen. Mit einer Verschiebung hin zu 20-kW-Systemen und mehr werden On-Board-Charger und DC-DC-Wandler auf GaN-Basis in Elektrofahrzeugen laut Infineon zu einer höheren Ladeeffizienz, Leistungsdichte und Materialnachhaltigkeit beitragen. Zusammen mit High-End-Siliziumkarbid-Lösungen wird GaN auch die Effizienz von Traktionswechselrichtern für 400-V- und 800-V-EV-Systeme vorantreiben und somit größere Reichweiten ermöglichen.
Im Jahr 2025 und darüber hinaus wird GaN in der Robotik in großem Umfang eingesetzt werden. Das Material erhöht die Kompaktheit der Systeme und treibt die Verbreitung von Lieferdrohnen, Pflegerobotern und humanoiden Robotern weiter voran. Im Zuge der Integration von KI in der Robotik, wie der Verarbeitung natürlicher Sprache und Computer-Vision, wird GaN die für kompakte, leistungsstarke Designs erforderliche Effizienz liefern. Des Weiteren können Hersteller durch die Integration von Wechselrichtern in das Motorgehäuse auf Kühlkörper verzichten, während gleichzeitig die Verkabelung zu jedem Gelenk und jeder Achse reduziert und das EMC-Design vereinfacht wird.
Weitere Entwicklung
Infineon investiert weiter in die GaN-Forschung und -Entwicklung und fokussiert sich auf die Herausforderungen in Bezug auf Kosten und Skalierbarkeit. Mit dem breitesten Produkt- und IP-Portfolio, den höchsten Qualitätsstandards und führenden Entwicklungen wie der GaN-Wafer-Fertigung auf 300 mm und der bidirektionalen Schaltertechnologie (Bidirectional Switch; BDS) stärkt das Unternehmen seine führende Rolle bei der Förderung der Dekarbonisierung und Digitalisierung auf der Grundlage aller relevanten Halbleitermaterialien, einschließlich Galliumnitrid.
