Zhiyuan nutzt InnoSiChips: Ein neuer Wendepunkt für GaN?

Als der Atlas-Roboter von Boston Dynamics einen Rückwärts-Salto absolvierte, wurde der globalen Technologiebranche klar, dass die Bewegungsflexibilität von Humanoiden nicht mehr reine Science-Fiction ist. Weniger bekannt ist jedoch, dass die Leistung von Leistungshalbleitern die Grundlage für diese hochkomplexen Bewegungen darstellt.

Es ist bekannt, dass der chinesische Roboterhersteller Shanghai Zhipu Robotics bereits GaN-Chips von Innoscience einsetzt. Dies markiert den Durchbruch von GaN-Bauelementen in der Humanoidrobotik und ihre Etablierung als "Leistungsnerv" der Branche.

Diese Branchenfusion verändert nicht nur die Technologiepfade für Kernkomponenten von Robotern, sondern birgt auch das Potenzial für einen Markt von Billionen von Dollar.

01 GaN: Der "Leistungskern" von Humanoiden

Wer sich das Hüftgelenkmodul eines Humanoiden anschaut, wird feststellen, dass es mit über 20 schwarzen Chips der Größe eines Fingernagels gefüllt ist - dies sind GaN-Bauelemente. Im Gegensatz zu herkömmlichen Silizium-MOSFETs benötigen GaN-Bauelemente bis zu 50 % weniger Platz.

Diese Platzbeschränkung spiegelt die hohen Anforderungen von Humanoiden an Leistungshalbleiter wider.

Aktuelle Humanoidmodelle verfügen über 30 bis 40 Gelenkmotoren, die mit GaN-Bauelementen ausgestattet sind. Kleinere Gelenke wie Finger benötigen 3 bis 6 Chips, mittlere Gelenke wie Ellbogen etwa 12, und die größten Gelenke bis zu 24. Insgesamt werden pro Roboter etwa 300 GaN-Chips benötigt.

Mit der Einführung von neuen Freiheitsgraden wie beweglichen Fingern und drehbaren Hüften wird der Bedarf an GaN-Chips pro Roboter auf über 1.000 steigen.

Drei Treiber für die steigende Nachfrage beschleunigen diesen Prozess: die Zunahme der Motorenanzahl von 40 auf 60 Freiheitsgrade, die Expansion von Funktionsmodulen wie GPU-Power Management und Batteriemanagementsystemen (BMS), sowie die Erhöhung der Leistungsdichte von 80 W auf 200 W pro Gelenkmotor.

Als Vertreter der dritten Generation von Halbleitermaterialien hat GaN bereits in Bereichen wie LED-Beleuchtung und Laserdarstellung eine wichtige Rolle gespielt. In letzter Zeit rückt jedoch seine Anwendung in Leistungshalbleitern in den Fokus, dank seiner herausragenden Eigenschaften wie hoher Durchbruchfeldstärke, Wärmeleitfähigkeit, Elektronensättigungsgeschwindigkeit und Hochfrequenzfähigkeit.

Die breite Anwendung von GaN in der Humanoidrobotik ist auf seine Leistungsvorteile zurückzuführen, die die Grenzen herkömmlicher Leistungshalbleiter sprengen. Diese scheinbar einfache Wafer birgt das Geheimnis, Roboter wirklich "beweglich" zu machen.

Wenn ein Humanoid beispielsweise ein Glas aufnimmt, muss der Finger-Motor in weniger als 0,1 Sekunden von 0 auf 500 Umdrehungen pro Minute beschleunigen. Dies erfordert eine hohe PWM-Frequenz, die GaN-FETs aufgrund ihrer schnelleren Schaltgeschwindigkeit im Vergleich zu Silizium-MOSFETs bieten können.

Die Reichweite von Robotern wird oft durch den Energieverbrauch von Leistungshalbleitern begrenzt. Herkömmliche Siliziumbauelemente verursachen beim Schalten bis zu 23 % des gesamten Energieverbrauchs eines Motors. GaN-Bauelemente hingegen verursachen dank ihrer speziellen Heterostruktur bis zu 85 % weniger Schaltverluste.

Wie bereits erwähnt, bieten GaN-Bauelemente auch einen entscheidenden Vorteil bei der Platzersparnis. Innoscience hat festgestellt, dass die Größe von Gelenksteuerungen um bis zu 50 % reduziert werden kann, während gleichzeitig der Energieverbrauch gesenkt wird. Dies verbessert sowohl die Reichweite als auch die Bewegungsflexibilität von Robotern.

02 Die Wahl der Spitzenunternehmen - Die Richtung der Zukunft

Shanghai Zhipu Robotics, ein führender Hersteller von Humanoiden, setzt bereits GaN-Bauelemente von Innoscience in seinen Robotern ein. Dies hat die Leistung von herkömmlichen Siliziumbauelementen bei der Leistungsdichte und Steuergenauigkeit übertroffen.

Derzeit werden GaN-Chips in drei Motoren von Zhipu-Robotern eingesetzt, die in kritischen Gelenken wie Hals und Ellbogen verbaut sind. Jeder Motor enthält drei GaN-Chips, und bereits Hunderten von Robotern wurden GaN-Bauelemente installiert.

Die Entscheidung von Marktführern wie Zhipu Robotics bestimmt maßgeblich die Zukunft der Humanoidrobotik.

Die Massenproduktion von GaN-Bauelementen durch Innoscience markiert den Übergang von der technischen Validierung zur kommerziellen Umsetzung in der Robotikbranche.

Eine Studie von Morgan Stanley prognostiziert ein exponentielles Wachstum der Humanoidmarkt: 9 Millionen Geräte werden 2030 verkauft, 134 Millionen 2040 und über eine Milliarde 2050.

Der Marktanteil von GaN-Bauelementen in der Lieferkette wird ebenfalls stetig steigen.

Nach Angaben von Frost & Sullivan betrug der Weltmarkt für GaN-Leistungshalbleiter 2023 1,8 Milliarden Yuan, was 0,5 % des gesamten Leistungshalbleitermarktes entspricht. Mit fortschreitender Technologieentwicklung und zunehmender Nachfrage wird 2023 als Beginn einer exponentiellen Wachstumsphase für die GaN-Branche angesehen.

Es wird geschätzt, dass der Weltmarkt für GaN-Leistungshalbleiter bis 2028 auf 50,1 Milliarden Yuan ansteigen wird, was 10,1 % des gesamten Leistungshalbleitermarktes ausmacht.

Der steile Wachstumskurve von GaN-Bauelementen ist auf die Abnahme der Herstellungskosten und die Zunahme der Roboterpenetration zurückzuführen.

Morgan Stanley betont die zentrale Rolle Chinas in der Robotikrevolution: Es wird prognostiziert, dass China 2050 60 % des Weltmarktes für Humanoiden einnehmen wird und sowohl der größte Verbraucher als auch Produzent sein wird.

Wenn eine Milliarde Humanoidroboter in Fabriken, Haushalte und Dienstleistungen gelangen, wird die menschliche Gesellschaft einer beispiellosen Transformation ausgesetzt sein. Die Zusammenarbeit zwischen Innoscience und Zhipu Robotics ist ein Beispiel für diesen Wandel.

Im Rückblick auf 2025 markiert die Partnerschaft zwischen Innoscience und Zhipu Robotics einen Wendepunkt. Bevor GaN in Humanoiden eingesetzt wurde, war es ein "Option für Leistungssteigerung" in der Konsumelektronik. Jetzt ist es ein "Lebenselixier" für Humanoidroboter.

Die Lieferung von Hunderten von Robotern mit GaN-Bauelementen markiert nicht nur den Beginn der kommerziellen Nutzung einer Technologie, sondern auch die Entstehung eines neuen Ökosystems aus "Roboter + GaN".

In den nächsten zehn Jahren werden Humanoidroboter dank sinkender Kosten und verbesserter Leistung von GaN-Bauelementen aus dem Labor in die Produktion und von High-End-Dienstleistungen in private Haushalte gelangen. Diese chinesisch geführte Technologieevolution wird nicht nur die Weltordnung der Halbleiterindustrie verändern, sondern auch die Zusammenarbeit zwischen Menschen und Maschinen neu definieren.

Vielleicht trifft es wie der Science-Fiction-Autor Isaac Asimov sagte: "Der ultimative Fortschritt der Menschheit besteht darin, Maschinen zu lehren, wie sie am besten den Wert des Lebens dienen können." Und GaN ist der Schlüssel für diesen Fortschritt.