VisIC的兩條增長曲線：D3GaN瞄準電車主驅與AI供電

作者：毛爍

在功率半導體的發展圖譜中，2026年是一個關鍵的轉折點。行業為碳化硅（SiC）在800V高壓平臺上的產能擴充而焦慮時，另一條技術路線正在悄然完成從“理論可行”到“量產落地”的一躍。

2026年1月，全球汽車巨頭現代汽車集團（Hyundai Motor Group）正式完成對以色列氮化鎵（GaN）企業ViSiC Technologies的B輪戰略投資。這背后，一個明確的技術信號是，在最為核心、工況最為復雜的電動汽車主驅逆變器（Traction Inverter）領域，GaN已經具備了“正面硬剛”的能力。

01 路線之爭：D3GaN重塑GaN“邊界”

為了厘清GaN的技術路線之爭，需要深入到微觀物理層面。長期以來，消費電子領域的主流是E-Mode（增強型），但在數百千瓦的車規級主驅應用中，E-Mode面臨著物理層面的“基因缺陷”。

具體在于E-Mode（增強型）“原生”的妥協，GaN HEMT本質上是常開（Normally-on）器件，其異質結界面天然存在高濃度的二維電子氣（2DEG）。為了符合電力電子應用“常關”（Normally-off）的安全規范，E-Mode技術（如p-GaN柵結構）必須通過物理手段“耗盡”柵極下方的2DEG。

這種處理方式在低功率應用中尚可，但在車規級大功率應用中，不僅是妥協，更是隱患：

具體來說，其一來自閾值電壓（Vth）的結構性問題。為實現對2DEG的有效截斷，E-Mode 器件通常需要將閾值電壓（Vth）設計得較低，典型范圍約為1.5 V～1.7 V。然而，在逆變器中普遍存在的高 dV/dt開關環境（動輒數十 V/ns）下，這種“低Vth”的設計極易受到米勒效應（Miller Effect）的影響，導致柵極電壓出現過沖，進而引發災難性的誤導通（shoot-through）風險。

其二，柵極可靠性有限。E-Mode器件的柵極結構決定了其耐壓余量本身就十分有限，柵極的絕對最大額定電壓通常僅為6V～7V。這使得工程設計中必須引入復雜的柵極保護方案，同時對死區時間（Dead Time）的控制提出了極高要求，系統級實現難度顯著增加。

其三，成本增高，良率降低。p-GaN層的引入不可避免地會對溝道電子產生散射效應，在“低Vth”的設計中進一步推高了溝道電阻。為了滿足主驅應用中動輒400 A以上的通流能力需求，E-Mode器件往往只能通過大幅增加芯片面積來補償，這不僅顯著抬高了器件成本，也對制造良率造成了不利影響。

VisIC CEO DR.Tamara Baksht指出，在高壓、大功率應用場景下，D-Mode（耗盡型，Normally-on）能夠充分釋放GaN材料的潛力。

事實上，VisIC所的D3GaN（VisIC 的 Direct Drive D-Mode GaN 系統級實現方案）并沒有回避D-Mode器件“常開”，而是在系統層面通過創新的電路拓撲實現對安全性的有效控制。在此過程中，D-Mode GaN材料原生的高電子遷移率優勢得以完整保留，從而在實現高電流密度的同時，做到了較低的導通電阻，兼顧了性能與可靠性。

值得強調的是，D3GaN并非傳統的共源共柵（Cascode）結構。事實上，傳統Cascode通過控制低壓Si MOSFET的柵極來間接驅動GaN，存在高頻振蕩和反向恢復問題。而VisIC的直驅方案雖然也是“低壓Si MOS + 高壓GaN”的串聯封裝，但其驅動邏輯截然不同：

具體來說，在驅動路徑方面，驅動信號直接作用于GaN HEMT的柵極；而常關機制層面，串聯的Si MOSFET僅作為“使能開關”（Enable Switch）。在系統上電前或故障時，Si MOS關斷，確保器件處于常關狀態。而在正常工作時，Si MOS保持常通，GaN由其自身的柵極進行高速開關控制。由此也帶來的物理上的變化：

1.閾值電壓顯著抬升
通過Direct Drive D-Mode 架構，器件的閾值電壓（Vth）被提升至5 V以上。這一水平在驅動安全性與噪聲容限上已與IGBT和SiC 器件看齊，在高dV/dt、高功率密度應用中顯著提升了系統的抗干擾能力。

2.柵極魯棒性大幅增強
器件允許的柵極驅動電壓范圍擴展至–7V至+20V。這一寬裕的安全窗口，使工程師可以直接采用標準柵極驅動IC，無需額外引入復雜的限壓或保護網絡，從根本上降低了柵極過壓與可靠性風險。

3.電流密度實現數量級提升
在相同晶圓面積條件下，D-Mode器件的通流能力可達到 E-Mode的2～3 倍。以VisIC 展示的 “Blueberry Gen 3” 系列為例，單管在 Tc = 25°C 條件下的額定電流能力可輕松突破 400A，這一指標已明顯超出當前主流 E-Mode 器件在可接受芯片面積與良率約束下的實現范圍。

02 直面逆變器“上車大考”

從應用側看，任何功率器件要想“上車”，必須通過主驅逆變器極端工況的考驗。而從此次VisIC披露的數據看，來自全球頂尖動力總成測試機構AVL Regensburg以及電力電子學術高地弗吉尼亞理工大學（CPES），數據的含金量極高。

在400V總線電壓、10kHz開關頻率的典型工況下，基于VisIC Gen 1芯片的逆變器在AVL臺架上跑出了99.67%的峰值效率。作為對比，目前主流SiC逆變器的效率天花板通常在99.0%左右。

比峰值效率更有意義的是輕載效率。在電動汽車的WLTP（全球統一輕型車輛測試程序）循環中，車輛絕大部分時間運行在輕載、部分負荷工況。

事實上，SiC MOSFET在輕載下，由于體二極管特性及相對固定的開關損耗，效率曲線下降較快，D-Mode GaN沒有體二極管反向恢復電荷，且開關速度快，在相同電壓等級與開關頻率條件下，開關損耗通常更具優勢。

從影響上看。對于整車廠商而言，逆變器效率提升1%，意味著在WLTP循環下續航里程可提升最高10%～15%。但反過來看，在保持續航不變的情況下，可以削減5%～10%的電池容量。考慮到動力電池占據整車成本的30%～40%，這筆賬極其劃算。

另一面，VisIC還攻克了“感性負載”的動態可靠性難題。由于電機是典型的強感性負載，在逆變器換相過程中，電流電壓存在劇烈的相位差，器件必須承受硬開關帶來的高壓應力。此前，部分E-Mode GaN器件被發現在這種工況下會出現動態的RDS(on)退化甚至柵極擊穿，這是由于p-GaN柵結構中的空穴注入效應導致的。

于是，VisIC聯合CPES開發了專用的LC諧振測試電路，模擬逆變器的連續硬開關工況。

在施加高達1800V（遠超額定電壓650V/750V）重復峰值電壓的測試條件下，在數百萬次循環沖擊后，D3GaN器件的閾值電壓漂移和導通電阻變化幾乎可以忽略不計。這證明了MIS-HEMT（金屬-絕緣層-半導體）結構的凹槽柵介質在高壓應力下的穩定性遠優于p-GaN結構。

從開發角度看，“短路必炸”曾是工程師對GaN的刻板印象。在主驅應用中，當發生緊急故障時，電機控制器往往需要進入主動短路（Active Short Circuit, ASC）模式，利用器件將電機三相繞組短接以產生制動力矩并保護母線。此時，晶體管需承受數倍于額定電流的浪涌沖擊。

原因在于，SiC和IGBT芯片較厚且面積相對較大，擁有足夠的熱容（Thermal Capacity）來吸收短路瞬間（約2-5微秒）產生的巨大熱量。而GaN芯片通常很薄且面積極小，熱容極低，極易在微秒級時間內因熱失控而燒毀。

然而，VisIC卻利用了硅基氮化鎵（GaN-on-Si）的成本優勢，采用了“以面積換熱容”的策略。

在相同電流等級（400 A）條件下，VisIC 的 D3GaN 器件芯片面積約為 65 mm2，而同等級的競品SiC芯片面積通常僅約17 mm2。D-Mode GaN 器件采用硅襯底工藝，使得襯底材料在熱管理中發揮關鍵作用。更大的芯片面積意味著更大的硅襯底體積，可在短時間尺度內作為“熱緩沖”或“熱海綿”吸收瞬態能量，從而顯著改善器件的瞬態熱阻抗。在系統級驗證中，D3GaN 器件配合 NXP定制的柵極驅動器，并利用其快速去飽和（Desat）檢測與保護機制，展示出了與SiC 器件處于同一水平的短路耐受能力。結果表明，該方案在短路保護與失效可控性方面已能夠滿足車規級 ASC（Active Short Circuit）應用的要求。

03 成本為王：D3GaN的商業化底牌

在汽車行業，技術先進性往往也要讓位于成本效益。DR.Tamara Baksht披露，其D3GAN每安培成本為0.0065/A美元。

如果拆解其成本模型可以看出，VisIC的D3GaN在400A下，成本約2.6美元。主流SiC MOSFET同等級芯片成本約2.96美元。雖然單片絕對成本看似接近，但SiC通常需要多芯片并聯才能達到同等性能，實際系統級成本差距巨大。

這背后的底層邏輯差異，在于在以碳化硅（SiC）為核心的技術路徑中，材料本身就構成了顯著的產業門檻。SiC單晶的生長速度緩慢，通常僅達到毫米/小時級別，加之材料硬度高、切割和加工損耗大，使得6 英寸和8英寸襯底的制造成本長期居高不下。同時，SiC 襯底產能高度集中，受到頭部廠商的產能制約，供應鏈彈性有限，這在一定程度上限制了下游應用的大規模擴展。

相比之下，GaN-on-Si選擇了更貼近傳統半導體工業體系的路徑。該方案直接采用標準的8英寸硅晶圓襯底，而硅本身是半導體行業中成本最低、工藝最成熟、供應鏈最完善的基礎材料。對于器件制造而言，只需在硅襯底上外延生長數微米厚的GaN層，便可滿足性能需求，從源頭上顯著降低了材料成本與供應風險。

這種選擇的差異，進一步體現在制造環節的開支結構上。SiC工藝對設備要求苛刻，需要專用的高溫離子注入設備和高溫退火工藝，且難以與現有CMOS硅產線兼容。由此帶來的結果是，一座SiC晶圓廠往往需要數十億美元級別的資本投入，擴產周期長、靈活性低。

而GaN-on-Si 的優勢在于對現有產線的高度復用能力。其制造流程可以直接運行在成熟的CMOS硅產線上，例如臺積電、xFAB等主流代工廠均可承載相關工藝。這意味著企業無需進行重資產投入，便可依托代工廠的現有產能實現量產，甚至在需求釋放時快速放大規模。對比之下，GaN-on-Si在成本結構、擴產速度以及供應鏈彈性方面，展現出更符合大規模商業化的產業邏輯。

除了器件本身，GaN的高效與封裝特性帶來了系統級的降本空間。

由于VisIC的D3GaN芯片面積較大，熱流密度（Heat Flux）更低。這使得模塊封裝可以使用標準的DBC（直接鍵合銅）基板，而無需昂貴的AMB（活性金屬釬焊）陶瓷基板，也無需復雜的銀燒結工藝。

04 數據中心：D3GaN的“第二增長曲線”

VisIC對AI數據中心的戰略布局同樣值得關注。

隨著NVIDIA Blackwell/Rubin等新一代GPU架構的推出，單機柜功率密度正從30kW飆升至100kW甚至120kW。傳統的12V/48V母線架構已不堪重負（電流太大，銅排損耗驚人），數據中心供電架構正加速向400V/800V高壓直流（HVDC）演進。

事實上，在下一代Sidecar（側掛式電源柜）架構中，核心訴求在功率密度這一指標上，雖然SiC也能承受800V電壓，但在追求極致體積的服務器電源（PSU）中，D3Gan擁有的優勢在于——頻率。

D3Gan支持100kHz甚至“MHz”級（理想情況）的硬開關頻率。根據磁性元件設計公式，頻率越高，變壓器和電感的體積越小。這使得GaN電源模塊可以做到課本大小，卻能輸出數十千瓦的功率。

結構上VisIC的GaN-on-Si的大芯片設計，更有利于垂直散熱。相比SiC需要復雜的絕緣堆疊，GaN器件可以更緊湊地貼合散熱器，適應服務器機架“寸土寸金”的空間限制。

目前，VisIC公開的的Gen 4路線圖明確指向1200V/1350V耐壓，這正是為了直接從數據中心的高壓直流母線取電，省去中間的降壓環節。

05讓Tier 1“敢用”的生態基礎

除了近期完成的B輪融資之外，VisIC在生態系統層面的成熟度同樣值得關注。在產業合作方面，VisIC與汽車電子巨頭NXP建立了深度協同關系。NXP專門為VisIC的D3GaN芯片開發了GD317x系列柵極驅動器。這是一款面向車規應用的高壓隔離驅動器，針對D3GaN 器件的電氣特性，集成了去飽和保護（Desat）、有源米勒鉗位（AMC）等關鍵功能，顯著提升了系統級的安全性與可靠性。

這種“器件+驅動”的協同設計，對Tier 1供應商具有重要意義。D3GaN不再只是需要客戶自行搭建分立驅動電路的裸片產品，而是被封裝進一套接近IGBT模塊使用方式的標準化方案中，能夠實現“即插即用”。

與此同時，VisIC正在加速推進中國市場布局。鑒于中國占據全球60% 以上的電動車市場份額，VisIC采取了系統的本地化策略。

在供應鏈層面，VisIC計劃引入中國本土的晶圓代工廠（Foundry）和封裝測試廠（OSAT），以實現供應鏈本土化。一方面，有助于進一步壓低制造成本，提升價格競爭力；另一方面，也能增強供應鏈的穩定性與可控性。

在研發層面，VisIC計劃在中國設立研發中心，將研發前置到市場一線，直接對接國內主流車企的定制化需求。這種貼近客戶的研發模式，有助于縮短產品迭代周期，并提高方案與整車平臺的適配度。

從時間規劃來看，VisIC的推進節奏較為明確，其計劃在2026 年第一季度完成乘用車道路演示，并在同年第四季度具備量產條件。整體來看，無論是在生態合作、供應鏈布局，還是在本地化執行層面，VisIC都已展現出向規模化商業落地邁進的清晰路徑。

06 寫在最后：SiC與GaN劃分“楚河漢界”

從行業觀察，我們不應簡單地認為GaN會取代 SiC，而是寬禁帶半導體呈現的分層共存格局。

SiC在1200V 以上的超高壓應用場景，如重卡、高鐵及電網基礎設施領域，SiC 依然將憑借其材料耐壓優勢長期占據主導地位。

GaN則在400V/800V乘用車主驅、OBC（車載充電機），以及對功率密度要求極致的AI數據中心電源領域。而D-Mode GaN或將憑借更優的“效率/成本比”，持續從 SiC 的應用版圖中切走可觀的份額。

當技術路線的“楚河漢界”逐漸清晰，可以預期，2026 年，當第一輛搭載D-Mode GaN 主驅逆變器的量產車駛上路時，功率半導體產業將迎來下一次實質性的迭代。而 VisIC 與現代汽車這次聯手，或許正成為暗示著這一變化的重要信號。