أخبار التكنولوجيا

توقعات Omdia تعزز تركيز PowerAmerica على WBG



باعتبارها عضوًا في التصنيع في الولايات المتحدة الأمريكية – وهي شبكة كبيرة من المعاهد التي تعمل على التغلب على التحديات التقنية، ومشاركة أحدث المرافق والمعدات، وتدريب القوى العاملة المؤهلة – تهدف PowerAmerica إلى مساعدة الولايات المتحدة على الوصول إلى التميز في التصنيع من خلال تعزيز تطوير سلاسل التوريد المستقبلية واستخدام الطاقة النظيفة.

وبدعم من أعضائها وبمشاركة كبار الباحثين، تعمل PowerAmerica على دفع الصناعة الأمريكية لتطوير رقائق وأنظمة مبتكرة لأشباه موصلات الطاقة. وفي اجتماعها السنوي الذي عقد في جامعة ولاية كارولينا الشمالية في الفترة من 12 إلى 15 مارس/آذار، أكدت منظمة PowerAmerica مرة أخرى أهدافها. وتضمن اجتماع هذا العام أيضًا توقعات السوق من قبل كالوم ميدلتون، المحلل العالمي في Omdia.

تقدم هذه المقالة نظرة ثاقبة لسوق أشباه موصلات الطاقة مقابل صناعة أشباه الموصلات بناءً على تحليلات ميدلتون.

نظرة عامة على سوق أشباه موصلات الطاقة من Omdia

نظرًا للتقلبات الكبيرة في الأسعار والانخفاض الإجمالي بنسبة 10%، لم يكن عام 2023 عامًا جيدًا لسوق أشباه الموصلات ككل، لا سيما بالنسبة للذاكرة. ومع ذلك، فإن أشباه موصلات الطاقة، التي تمثل 10% من السوق العالمية في عام 2022، لا تزال تشهد نموًا بنسبة 6% في عام 2023. ومن المتوقع أن يكون هذا النمو أكبر في السنوات المقبلة، مما يشهد على استقرار سوق أشباه موصلات الطاقة داخل الصناعة. وتعود خصوصية الأسواق إلى قطاعي السيارات والصناعة اللذين يتميزان بفترات انتظار أطول، وتخطيط أكبر بكثير، وتخصيص أكثر حكمة للقدرات.

يمكن تقسيم سوق أشباه موصلات الطاقة إلى منتجات منفصلة (أو مجرد “منفصلة”) ووحدات ودوائر متكاملة (الشكل 1). تمثل المرحلية أكبر شريحة من الكعكة. لكن الوحدات المكونة من رقائق عالية الجهد و/أو التيار العالي تظهر أسرع معدل نمو. إذن ما هي التأثيرات الكلية التي تؤثر على السوق؟

تعد الطاقة الخضراء وأمن الطاقة من المواضيع ذات الأهمية القصوى اليوم. ولتحقيق الاقتصاد الأخضر والاستدامة، يجب أن تكون الطاقة خضراء قدر الإمكان وأن تأتي من مصادر متجددة، مثل حقول الطاقة الشمسية ومزارع الرياح، قدر الإمكان. وبالإضافة إلى سهولة الوصول إلى الطاقة، يتعين علينا أن نسأل أنفسنا كيف يمكننا أن نحمي أنفسنا من ارتفاع تكاليف الطاقة ونؤمن إمداداتنا من الطاقة، وكلاهما يرتبطان ويتأثران بشكل كبير بعدم الاستقرار الجيوسياسي والاحتكاكات التجارية. يعد نقل الطاقة موضوعًا آخر يجب التركيز عليه، سواء فيما يتعلق بإدارة الشبكة أو نقطة استخدام واحدة.

لقد هيمنت دوائر MOSFET السيليكونية وIGBTs، تليها المقومات والتقنيات القديمة مثل الترانزستورات ثنائية القطب والثايرستور، على الوحدات المنفصلة لفترة طويلة. لم يكن الأمر كذلك حتى عام 2018 عندما بدأنا في رؤية منتجات ذات فجوة واسعة النطاق (WBG) تتزايد؛ وهم يمثلون الآن 9٪ من إجمالي المنفصلات. وكان قطاعا الصناعة والسيارات هو الذي دفع منتجات مجموعة الضفة الغربية إلى الارتفاع بشكل أكبر.

ومع ذلك، فإن ظهور WBG لا يضر بسوق دوائر MOSFET وIGBTs. لماذا؟ من الواضح أن سوق السيارات الكهربائية لم يكن موجودا من قبل، والجزء الصغير الذي حدث كان في المراحل المبكرة للغاية. يتضمن السوق البديل محولات الطاقة الشمسية، وبدرجة أقل، محولات الطاقة، حيث قد يفكر المشترون مرتين قبل إنفاق 50 دولارًا لشراء محول فاخر مزود بـ GaN، على سبيل المثال. إن استخدام أجهزة WBG لا يحدث على حساب السيليكون، لأن الشركات الجديدة التي تفضل السيليكون تظهر أيضًا. وكما يقول المثل: “المد المرتفع يرفع كل القوارب”.

اعتبارًا من اليوم، يسمح ظهور أسواق جديدة بالنمو في جميع تقنيات الأجهزة. ولكن من المتوقع أنه مع زيادة توافر WBG، ستنخفض التكاليف، وسوف تصبح WBG أكثر ملاءمة للتطبيقات الرئيسية وسيتم إثبات موثوقيتها بشكل أفضل. وفي نهاية المطاف، سيؤدي هذا إلى زيادة المنافسة في بعض هذه الأسواق البديلة (الشكل 1).

الشكل 1: توقعات أشباه موصلات الطاقة حسب مجموعة المنتجات (المصدر: OMDIA).
الشكل 1: توقعات أشباه موصلات الطاقة حسب مجموعة المنتجات (المصدر: Omdia)

توقعات السوق WBG

وفقًا لـ Omdia، يعد عام 2027 عامًا رئيسيًا، حيث من المتوقع أن يصل كل من GaN المنفصلة وGaN ICs إلى أكثر من مليار دولار من الإيرادات لكل منهما. كما أنها السنة الأولى التي سيتجاوز فيها سوق الضفة الغربية وقطاع غزة بأكمله 10 مليارات دولار. وفي الوقت نفسه، من المتوقع أن تتفوق وحدات SiC على إيرادات SiC المنفصلة بحلول عام 2025، مدفوعة بالكهرباء الضخمة. من حيث النسبة المئوية، قد يمثل سوق أشباه موصلات الطاقة بالكامل ما بين 13% إلى 14% بحلول عام 2027، مع احتمال قوي بنسبة 20% بحلول عام 2032 (الشكل 2).

غالبًا ما نفكر في شركات Infineon Technologies وTexas Instruments وonsemi وSTMicroelectronics وAnalog Devices Inc. باعتبارها اللاعبين الرئيسيين في مجال أشباه موصلات الطاقة. ولكن من المثير للدهشة أننا بدأنا الآن نرى شركات كبيرة أخرى قد لا تفكر فيها كمصنعين لأشباه موصلات الطاقة، مثل Qualcomm وMediatek، تدخل هذا المجال لأنها تقدم العديد من حلول إدارة الطاقة لتكملة الشرائح الموجودة في مجالات أخرى.

في SiC، تقود شركة STMicroelectronics السوق، حيث تتمتع بأعلى حصة وبنية تصنيع متكاملة رأسية تمامًا مثل تلك التي وضعتها شركات onsemi وWolfspeed وRohm Semiconductor.

من ناحية أخرى، عند النظر إلى سوق GaN، يظهر سيناريو مختلف. ويرجع ذلك في المقام الأول إلى أنه بالمقارنة مع سوق SiC، فهو أكثر توزيعًا، مع المزيد من الشركات الناشئة والمتخصصين في GaN، الذين استغلوا إمكانية استخدام معدات السيليكون القديمة المتاحة من المصانع والمسابك. ويؤدي ذلك إلى انخفاض الحواجز أمام الدخول إلى السوق، وبالتالي زيادة حدة المنافسة. يوفر التكامل الموحد والرقاقة الواحدة أيضًا فرصًا لتصميمات جديدة لتمييز المنتجات، وقد اتبع هذا المسار اللاعبان الرئيسيان في تصنيفات 2022: Power Integrations وNavitas. في المرتبة الثالثة جاءت شركة Innoscience الصينية.

فيما يتعلق بحجم الرقاقة، سيكون 150 ملم جزءًا رئيسيًا من السوق، كما أن 200 ملم موجود بالفعل وينمو. في حوالي عام 2030، سيكون لدى الرقائق ذات 300 ملم، والتي تنفرد بها شبكة GaN، القدرة على الظهور.

الشكل 2: توقعات سوق مجموعة الضفة الغربية حسب التكنولوجيا (المصدر: OMDIA).
الشكل 2: توقعات سوق مجموعة الضفة الغربية حسب التكنولوجيا (المصدر: Omdia)

توقعات سوق المركبات الكهربائية

يمثل عام 2027 معلمًا هامًا آخر في صناعة كهربة السيارات، حيث تتوقع أومديا أن هذا سيكون العام الذي ستتفوق فيه مبيعات السيارات الكهربائية (بجميع أشكالها) في نهاية المطاف على السيارات ذات محركات الاحتراق الداخلي (ICE). ومن الجدير بالذكر أيضًا أنه من المتوقع أن يرتفع عدد المركبات بشكل عام إلى 100 مليون وحدة مباعة سنويًا. ولكن بافتراض أن مركبات ICE تحتوي في المتوسط ​​على 604 دولارات من أجهزة أشباه الموصلات بداخلها، فإن السيارة الكهربائية التي تعمل بالبطارية (BEV) ستبلغ حوالي 1614 دولارًا. ويعود الفضل في ذلك إلى العديد من الأنظمة الإضافية — الشاحن الموجود على اللوحة، والعاكس، ومحول DC/DC، ناهيك عن الضواغط الأكثر تعقيدًا للتحكم في المناخ ووظائف التدفئة.

فيما يتعلق بانتشار السيارات الكهربائية (أي السيارات الكهربائية بالبطارية والمركبات الهجينة الموصولة بالكهرباء)، تختلف الأرقام بين البلدان. ومن المتوقع أن تتباهى النرويج بأعلى معدل انتشار بنسبة 25%؛ وستبقى الصين عند مستوى 5%؛ وسوف تقترب أوروبا من المتوسط ​​العالمي البالغ 2.5%؛ وسوف تحصل الولايات المتحدة واليابان على أدنى حصة بنسبة 1%. إن التقدم في البنية التحتية، مدفوعًا بالسياسات الحكومية والتحسينات في تكلفة وأداء المركبات، سيجعل المركبات الكهربائية أكثر جاذبية للمتبنين الجدد.

من إجمالي إيرادات السيارات الكهربائية التي تعمل بالبطارية ومحركات توليد الطاقة للمركبات الهجينة (على سبيل المثال، العاكسات وأجهزة الشحن وما إلى ذلك)، تتوقع Omdia أن حصة WBG – والتي هي في الأساس SiC في هذه الحالة – ستكون 60٪ بشكل عام (12 مليار دولار). ) ، ارتفاعًا من 23.4٪ في عام 2022. ومن المتوقع أن تصل وحدات SiC الكاملة إلى 3.7 مليار دولار في عام 2027، مما يمثل أجهزة أشباه موصلات الطاقة التي تحقق أكبر إيرادات في السيارات الكهربائية بالبطارية والمركبات الهجينة (الشكل 3).

الشكل 3: توقعات إنتاج المركبات (المصدر: OMDIA).
الشكل 3: توقعات إنتاج المركبات (المصدر: Omdia)

استخدام WBG في مراكز البيانات

وفقًا لوكالة الطاقة الدولية (IEA)، استخدمت مراكز البيانات ما يقرب من 285 تيراواط ساعة من الطاقة في عام 2022، أو 1.2% من إجمالي الطلب على الكهرباء. وخلصت دراسة أخرى إلى أن الطلب على الطاقة بسبب الذكاء الاصطناعي يمكن أن يضيف 110 تيراواط ساعة إضافية إلى هذه القيمة بحلول عام 2027. ويتوقع خبراء مركز بيانات أومديا أنه حتى لو زادت وحدات الخادم بنسبة 24٪ فقط (من عام 2022 إلى عام 2027)، فإن الإيرادات من تلك الوحدات ستكون أقل. ومن المتوقع أن تزيد بنسبة 71% لتلبية متطلبات الأداء العالي جدًا.

وبشكل أكثر تحديدًا، إذا قمنا بفحص أشباه موصلات الطاقة في مراكز البيانات، فمن المتوقع أن تقفز WBG من 6.9% إلى 10% بين عامي 2023 و2027. ومن المتوقع أن تنخفض حصة سوق دوائر الطاقة المتكاملة في نفس الفترة لمجرد استخدامها عادةً في اللوحات الأم. والخوادم الفعلية نفسها، بينما يتم استخدام WBG والخوادم المنفصلة الأخرى في وحدات إمداد الطاقة (PSUs).

مع أخذ ذلك في الاعتبار، تتوقع Omdia أن تقفز الحصة السوقية لوحدات إمداد الطاقة من 32% إلى ما يقرب من 40% في عام 2027. ومهما كان هذا التغيير تدريجيًا، فإن خلاصة القول هي أنه سيتم التركيز بشكل أكبر على إمدادات الطاقة من ذي قبل. وهذا أمر منطقي بالنظر إلى الأداء العالي للغاية لوحدات معالجة الرسومات ووحدات المعالجة المركزية، الأمر الذي سيتطلب المزيد من الطاقة بشكل ملحوظ، كما أن تكاليف الطاقة آخذة في الارتفاع، لذا فإن زيادة الكفاءة أمر بالغ الأهمية.

ستلعب أجهزة GaN دورًا محوريًا في مراكز البيانات، وذلك بفضل زيادة الكفاءة في محولات الطاقة ووحدات PSU، وقدرة أعلى على تحويل التردد للمكونات السلبية الأصغر حجمًا والأخف وزنًا، وعامل شكل النظام الأصغر: يمكن أن تكون وحدة GaN PSU أصغر بنسبة 50٪ من السيليكون جامعة الأمير سلطان، تقريبا. وكقاعدة عامة، تقدر شركة Infineon أن التحول من السيليكون إلى GaN سيسمح بتوفير بنسبة 10% في استخدام الطاقة في مركز البيانات، أو ما يقرب من 30 تيراواط ساعة يتم توفيرها سنويًا في جميع مراكز البيانات.

المنشور توقعات Omdia تعزز تركيز PowerAmerica على WBG ظهرت لأول مرة على Power Electronics News.

اترك تعليقاً

لن يتم نشر عنوان بريدك الإلكتروني. الحقول الإلزامية مشار إليها بـ *