智元搭載英諾賽科芯片：GaN 的新拐點？

當(dāng)波士頓動力 Atlas 機(jī)器人完成后空翻的瞬間，全球科技界意識到，人形機(jī)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(jī)器人已經(jīng)開始搭載英諾賽科的氮化鎵（GaN）芯片，標(biāo)志著 GaN 器件正式突破消費電子領(lǐng)域，成為人形機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的 " 功率神經(jīng) "。

這場跨界融合不僅改寫了機(jī)器人核心元器件的技術(shù)路徑，更是在催生一個價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 "

如果拆開一個人形機(jī)器人的髖關(guān)節(jié)模塊，你會發(fā)現(xiàn)，這個直徑十幾厘米的關(guān)節(jié)腔內(nèi)，密密麻麻排列著 20 余顆指甲蓋大小的黑色芯片——這些正是 GaN 器件。而傳統(tǒng)硅基 MOSFET 根本塞不進(jìn)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(jī)器人對功率器件的極致需求。

當(dāng)前主流人形機(jī)器人搭載 30 個至 40 個關(guān)節(jié)電機(jī)，按照關(guān)節(jié)尺寸分級配置 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，而最大的關(guān)節(jié)則需要 24 顆。據(jù)此計算，單臺機(jī)器人的 GaN 基礎(chǔ)用量約 300 顆。

而隨著五指靈巧手、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)的三大引擎正在加速這一進(jìn)程：一是電機(jī)數(shù)量增長，從現(xiàn)有 40 個關(guān)節(jié)向 60 個自由度演進(jìn)；二是功能模塊擴(kuò)展，GPU 電源管理、電池管理系統(tǒng)（BMS）等新應(yīng)用場景涌現(xiàn)；三是功率密度提升，關(guān)節(jié)電機(jī)功率從當(dāng)前 80W 向 200W 升級。

作為第三代半導(dǎo)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(shù)領(lǐng)域占據(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忍匦裕壴诎雽?dǎo)體功率器件領(lǐng)域的應(yīng)用前景愈發(fā)受到行業(yè)關(guān)注。

如今 GaN 之所以能在人形機(jī)器人產(chǎn)業(yè)被大規(guī)模應(yīng)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(yùn)藏著讓機(jī)器人 " 舒展筋骨 " 的核心密碼。

首先，當(dāng)人形機(jī)器人做出類似抓取玻璃杯的精細(xì)動作時，手指關(guān)節(jié)電機(jī)需要在 0.1 秒內(nèi)完成從靜止到 500rpm 轉(zhuǎn)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 GaN FET 的開關(guān)速度比硅基 MOSFET 更高。

其次，機(jī)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(guān)過程中會產(chǎn)生巨大能量損耗，占電機(jī)總功耗的 23%。而 GaN 器件通過獨特的異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)，柵極電容（CG）和輸出電容（Coss）都更小，開關(guān)損耗較硅基器件降低 85%。

此外，如前文所述，在機(jī)器人關(guān)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(guān)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(jī)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(jī)器人領(lǐng)域領(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)動應(yīng)用至機(jī)器人，通過 GaN 技術(shù)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(jī)器人已在脖子、手肘等關(guān)鍵活動關(guān)節(jié)的 3 個電機(jī)中應(yīng)用 GaN 器件，每個電機(jī)集成 3 顆 GaN 芯片，GaN 器件已裝配至數(shù)百臺人形機(jī)器人。

機(jī)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(biāo)志著 GaN 在機(jī)器人領(lǐng)域從技術(shù)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(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。

摩根士丹利則在報告中描繪了人形機(jī)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(dǎo)至供應(yīng)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(dǎo)體的市場規(guī)模為人民幣 18 億元，占全球功率半導(dǎo)體市場的 0.5%，伴隨著技術(shù)的愈發(fā)成熟以及下游應(yīng)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(yù)計到 2028 年，全球氮化鎵功率半導(dǎo)體的市場規(guī)模將達(dá)人民幣 501 億元，占據(jù)功率半導(dǎo)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(jī)器人滲透率的正反饋循環(huán)。

摩根士丹利特別強(qiáng)調(diào)了中國在這場產(chǎn)業(yè)革命中的核心地位：預(yù)計 2050 年中國將占據(jù)全球人形機(jī)器人市場 60% 的份額，成為最大的消費市場和生產(chǎn)基地。

當(dāng) 10 億臺人形機(jī)器人走進(jìn)工廠、家庭和服務(wù)業(yè)，人類社會將面臨前所未有的變革。英諾賽科應(yīng)用于智元機(jī)器人，正是這場變革的微觀縮影。

站在 2025 年的技術(shù)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(jī)器人的 " 生存必需品 "。

當(dāng)數(shù)百臺搭載 GaN 器件的機(jī)器人在全球各地完成交付，我們看到的不僅是一項技術(shù)的商業(yè)化落地，更是 " 機(jī)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(jī)器人將從實驗室走向生產(chǎn)線，從高端服務(wù)業(yè)走進(jìn)普通家庭。這場由中國企業(yè)主導(dǎo)的技術(shù)革命，不僅將改寫全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)格局，更將重塑人類與機(jī)器的協(xié)作關(guān)系。

或許正如科幻作家阿西莫夫所言，" 人類的終極進(jìn)步，在于教會機(jī)器如何更好地服務(wù)于生命的價值。" 而 GaN，正是這場進(jìn)步中不可或缺的 " 功率密碼 "。

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