Das Chipunternehmen Navitas will traditionelle Halbleiter mit einer umweltfreundlicheren Option überholen

Nov 03, 2023

Siliziumchips werden häufig zur Stromversorgung von Smartphones, Laptops und anderen elektronischen Geräten verwendet. Doch umweltfreundlichere Chips sind auf dem Vormarsch.

Galliumnitrid, auch bekannt als GaN, ist eine chemische Verbindung, die ein Nebenprodukt von Aluminium namens Gallium mit Stickstoff verbindet. Laut Huili Grace Xing, Professorin für Elektro- und Computertechnik an der Cornell University, die GaN-Chips erforscht, können die Chips mit der gleichen Strommenge in viel kleinerer Form mehr Strom erzeugen als Silizium-Chips.

Und Unternehmen wollen an GaN teilhaben. Navitas, ein 1-Milliarde-Dollar-Startup, versucht mit dieser Technologie die globale Halbleiterindustrie zu revolutionieren, sagte Gene Sheridan, CEO, gegenüber Insider. Nachdem er jahrzehntelang mit Siliziumchips gearbeitet hatte, gründete Sheridan Navitas, um von einer neuen Technologie zu profitieren, die seiner Meinung nach ein Marktpotenzial von mehreren Milliarden Dollar hat. Aber er sagte, es sei ein harter Kampf gewesen, Elektronikunternehmen davon zu überzeugen, Siliziumchips zu ersetzen, da es an Bewusstsein und Qualitätskontrollproblemen mangele.

Das in Kalifornien ansässige Unternehmen Navitas gibt an, seine Entwürfe an die Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, einen Halbleiterriesen, geschickt zu haben, um mehr als 50 Millionen GaN-Chips zu produzieren und zu versenden. Das 2014 gegründete Unternehmen sammelte mehr als 300 Millionen US-Dollar ein, bevor es 2021 an die Börse ging.

Heutzutage sind die meisten GaN-Chips von Navitas in Ladegeräten für Telefone und Laptops von Unternehmen wie Samsung, LG, Lenovo und Dell zu finden. Aber Sheridan sagt, das Unternehmen wolle seinen GaN-Chip zur ersten Wahl machen, um Ausfälle von Datenservern zu verhindern, die zu Dienstunterbrechungen und dem Verlust von Hunderttausenden von Dollar führen würden. Rechenzentren, die diese Chips zur Kühlung ihrer Infrastruktur nutzen, können möglicherweise den CO2-Ausstoß senken, da GaN-Chips weniger Energie verbrauchen als Silizium.

„Ich denke, wir können den weltweiten Übergang zu mehr erneuerbaren Energien tatsächlich beschleunigen“, sagte Sheridan.

Sheridan sagte, er und sein Mitbegründer Dan Kinzer hätten jahrzehntelange Forschung und Entwicklung gebraucht, um ein Design für seinen Chip zu finden, für den es mittlerweile über 150 Patente gibt. Sheridan sagte, integrierte Schaltkreise verschafften Navitas-Chips einen Wettbewerbsvorteil gegenüber GaN-Chips von Konkurrenten wie Infineon, Texas Instruments und Nvidia.

Das Marktforschungsunternehmen P&S Intelligence schätzte, dass der Markt für GaN-Chips im Wert von 5 Milliarden US-Dollar bis 2030 auf 26 Milliarden US-Dollar anwachsen könnte, da Technologieunternehmen nach neuen Wegen zur Reduzierung ihres CO2-Fußabdrucks suchen. Kettenprobleme und dass Hersteller mit Wissenslücken über die Technologie umgehen müssen.

Während Experten sagen, dass GaN das Potenzial hat, die Elektronikindustrie zu revolutionieren, ist die Verbindung nicht neu.

Akademische Forscher an Universitäten in Amerika und Japan begannen in den 1990er Jahren mit der Untersuchung von GaN. 1993 erfanden die Ingenieure Shuji Nakamura, Hiroshi Amano und Isamu Akasaki mithilfe von GaN die blaue LED, die die Beleuchtungsindustrie veränderte und die Kommerzialisierung der Verbindung vorantrieb.

Allerdings war GaN immer noch anfällig für Mängel, was seine Anwendung bei Elektronikunternehmen unbeliebt machte. Navitas beschloss, einen Versuch zu unternehmen, die Chips zu perfektionieren, doch die Designer und Ingenieure hatten Mühe, sie zum Laufen zu bringen.

Da GaN-Chips aus unterschiedlichen Materialien bestehen, kann es sein, dass die elektrischen Ströme nicht richtig fließen. Wenn die Spannung zu niedrig ist, lässt sich der Chip nicht einschalten. Wenn die Spannung jedoch zu hoch ist, wird eine Sicherung durchbrennen.

„GaN ist wirklich schnell und sehr effizient, das sind großartige Eigenschaften, aber es hängt äußerst empfindlich davon ab, wie man sie ein- und ausschaltet“, sagte Sheridan.

Navitas sagte, die Benutzerfreundlichkeit der GaN-Chips sei ein Hindernis gewesen, da Elektronikunternehmen nicht wüssten, dass die Chips mit ihren Geräten funktionieren könnten.

„Die größte Herausforderung für uns war die Unkenntnis der Existenz von Hochgeschwindigkeitskomponenten“, sagte Stephen Oliver, Corporate Vice President für Marketing und Investor Relations bei Navitas, gegenüber Insider. „Man kann nicht einen Ferrari-Motor in ein Yugo-Chassis einbauen und erwarten, dass das Auto Leistung bringt.“ Oliver sagte, er müsse Kunden häufig über die Benutzerfreundlichkeit von GaN aufklären.

Xing sagte, dass der Mangel an Bewusstsein für die Chips auch in der Wissenschaft vorhanden sei. Sie sagte, dass sie zwar versuche, Schülern GaN beizubringen, die Lehrveranstaltungen zu Elektronikdesign an den meisten Schulen, auch an ihrer, jedoch überwiegend auf Silizium basieren.

„Es gibt immer noch eine große Wissenslücke in unserem Lehrplan, was unser elektronisches Design angeht“, sagte Xing. Sie fügte hinzu, dass Navitas ihre Studenten häufig mit der Erforschung und dem Bau von GaN-Chips beschäftigt, da die technische Abteilung von Cornell GaN in ihren Lehrplan einbezieht.

Während GaN-Chips vielversprechend sind, dominieren Siliziumchips. Sheridan sagte, die Hersteller stecken in den alten Gewohnheiten von Siliziumchips fest und Unterbrechungen in der Lieferkette hätten deren Verfügbarkeit eingeschränkt.

„Die Halbleiterknappheit hat unsere Kunden in den Wahnsinn getrieben“, sagte Sheridan.

Er sagte, dass GaN-Chips mit anderen Chips und Teilen des Geräts zusammenarbeiten müssen, um Strom zu erzeugen, und fügte hinzu, dass Unternehmen Schwierigkeiten hätten, an diese Materialien zu kommen.

Oliver sagte, dass bei Chipgiganten wie Intel Silizium für den Umgang mit niedrigen Spannungen in seinen Grafikprozessoreinheiten und Speicherchips von entscheidender Bedeutung sei.

Und GaN-Chips sind heikel – Xing sagte, die GaN-Verbindung habe eine komplexe Kristallstruktur, die schwer aufrechtzuerhalten sei und leicht zerbrechen könne, wenn die Hersteller sie nicht ordnungsgemäß auf dem Siliziumwafer abscheiden. Der längere Herstellungsprozess macht es teurer.

Dennoch wächst Navitas weiter. Anfang dieses Monats erwarb das Unternehmen das Halbleiterunternehmen GeneSic, einen Hersteller einer harten Verbindung, die Silizium und Kohlenstoff kombiniert, zu einem nicht genannten Preis; Die Übernahme trug dazu bei, den Aktienkurs zu steigern. Es heißt, es habe auch in Forschung und Entwicklung investiert, um GaN-Chips für größere Systeme zu entwickeln.

Sheridan sagte, das Unternehmen plane im nächsten Jahr die Einführung von GaN-basierten Rechenzentrumslieferungen, gefolgt von solarbetriebenen GaN-Chips im darauffolgenden Jahr und dann GaN-betriebenen Elektrofahrzeugen bis 2025. Navitas plant außerdem, Fördermittel aus den neuen USA zu beantragen Chip-Gesetz und erwägt die Eröffnung einer Produktionsstätte in den USA.

„Ich denke, dass die Welt viel mehr Produktionskapazitäten für GaN-Chips benötigen wird, wenn man bedenkt, wie groß diese sein werden“, sagte er.

Lesen Sie weiter