Optimistische Leistungselektronik
PCIM: Starkes Wachstum bei 800-V-Technik erwartet
KI, humanoide Roboter, Drohnen und autonome Fahrzeuge sind für die Leistungshalbleiter-Hersteller eindeutig die Wachstumsmärkte der Zukunft. Das wurde auf der PCIM in Nürnberg deutlich.
Mit der Entscheidung von Nvidia, auf eine 800-V-Architektur in neuen Rechenzentren zu setzen, zeichnet sich ein ganz neuer Einsatzbereich für Leistungselektronik ab. Zwar fanden Leistungshalbleiter auch bisher schon ihren Weg in die Server-Racks, aber nun »droht« die komplette leistungselektronische Durchdringung der Servertechnik in Daten Centern.
Anders als bei der von der Leistungselektronik ermöglichten und getragenen Mobilitäts- und Energiewende, ist der Einstieg in diesen neuen Markt für die Anwender sowohl emotional als auch kulturell kompatibel: »Der große Vorteil ist dieses Mal, dass die Leute AI und KI heute schon mit ihren Handys in der Hosentasche haben, oder auf andere Weise tagtäglich nutzen«, meint Dr. Alex Lidow, CEO von EPC, »Unser Job ist es nun, diese neuen Applikationen mit unseren Produkten, zu besetzen.« Im Fall von EPC ist das natürlich GaN, andere wie etwa Infineon können das Thema sowohl mit GaN als auch mit SiC bespielen, wie Dr. Gerald Deboy, Fellow bei Infineon Technologies, erläutert.
Auch wenn vielleicht der Eindruck entstanden sein mag, dass es aktuell Überkapazitäten etwa bei SiC am Markt gebe, so könnte sich das ab 2027 ändern. Und das dürfte nicht nur SiC betreffen. Unterhält man sich auf der PCIM mit strategischen Einkäufern aus dem Automotive-Bereich, artikulieren die ihre Sorge, »dass wir ab 2027 keine IGBTs mehr bekommen, weil auf diesen Linien dann MOSFETs gefertigt werden«. Und der Umstieg auf SiC scheint für manche aus diesem Bereich etwa für Hybrid-Fahrzeuge kostentechnisch nicht machbar zu sein. Aber auch bei den passiven Bauelementen rüstet man sich für den ab nächstem Jahr entstehenden Sog. So rechnet etwa der eine oder andere damit, dass bislang marktführende Unternehmen im MLCC-Bereich gar nicht in der Lage sein werden, den entstehenden Bedarf an HV MLCCs zu befriedigen.
Noch wird all das von manchen als Börsen-Hype abgetan, aber wenn die Umstellung auf 800 V kommt, dann wird der Bedarf nicht linear, sondern exponentiell nach oben gehen. Das Thema Automotive hat man dabei auf der PCIM nicht aus den Augen verloren, »die Mobilitätswende wird kommen«, versichert etwa Dr. Deboy, »aber eben verlangsamt und später als die Branche das in den letzten Jahren angenommen hat«. Wobei auffällig war, dass auf der Messe europäische Leistungshalbleiterhersteller an ihren Ständen und in ihren Demos noch deutlich mehr auf Automotive setzten, als das bei US-Unternehmen der Fall war. So bestätigte etwa auch Armin Derpmanns, Vice President Marketing & Operations bei Toshiba Electronics Europe, »dass wir hier noch stärker den Industrieelektronik- und Automotive-Ansatz verfolgen, auch wenn wir durchaus über entsprechende Lösungen für AI verfügen würden».
Auch wenn sich Automotive nicht so entwickelt hat, wie gewünscht bzw. vorhergesagt, erklärt John Li, Senior Analyst, Components and Devices bei Omdia, dass nach Omdia-Daten im Jahr 2025 trotz des schwachen Wachstums immer noch 70 Prozent des Umsatzes von SiC-MOSFETs und Modulen auf den Bereich Elektromobilität entfallen sind. Li ist überzeugt, dass eigenen Prognosen nach, dieses Segment in den nächsten fünf Jahren weiterhin der dominierende Markt bleiben wird.
Humanoide Roboter
Humanoide Roboter, Drohnen oder autonom fahrende Gefährte sind derzeit auch ein spannendes Thema für die Leistungshalbleiter. Hierzulande haben diese Themen noch einen Exotenstatus, auch wenn sie in der einen oder anderen Präsentation schon auftauchen. An manchen Ständen amerikanischer oder auch asiatischer Hersteller gibt man sich da offensiver. Da ist von Leistungselektronik im Wert von 300 bis 500 Dollar die Rede, der in so einem humanoiden Roboter verbaut wird. Und bei 40 bis 80 kompakten Motoren in diesen Anwendungen ist klar, dass ein großer Anteil dieses Geschäfts auf GaN entfallen wird. Ähnlich bei Drohnen, die schon lange die Spielzeuganmutung verlassen haben und je nach Einsatzgebiet inzwischen durchaus größere Lasten transportieren können. Auch hier geht es wieder um das Thema Antriebe.
Mit Blick auf humanoide Roboter ist auch Adam White, Division President Power & Sensor Systems bei Infineon, der Überzeugung, dass es sich dabei um einen durchaus lukrativen Markt handelt, explizit für Infineon. Auch wenn White betont, dass der Markt noch in der Kinderschuhen steckt, das Potential ist seiner Meinung nach riesig. Er erwartet langfristig ein erhebliches Wachstum. Marktstudien, auf die sich Infineon bezieht, prognostizieren bis 2050 ein Marktvolumen von mehr als 1,7 Billionen Dollar. Entsprechend positioniert sich der Konzern bereits heute als wichtiger Technologiepartner für die nächste Generation intelligenter Robotersysteme.
Nach Einschätzung von White steckt in jedem humanoiden Roboter ein adressierbares Halbleiterpotenzial von mehr als 500 Dollar. Einen besonders großen Anteil daran hat die Motorsteuerung. Humanoide Roboter können über bis zu 70 motorisierte Gelenke verfügen – von Schultern und Ellenbogen über Hüften und Knie bis hin zu Händen und Fingern. Rund 40 bis 50 Prozent des elektronischen Wertes eines solchen Systems entfallen laut seiner Aussage auf die Aktorik. Dafür werden Leistungshalbleiter, Mikrocontroller, Treiber sowie Strom- und Positionssensoren benötigt - alles Komponenten, die Infineon im Portfolio hat.
White betont ebenfalls, dass dabei die Galliumnitrid-Technologie (GaN) eine Schlüsselrolle spielt. Da humanoide Roboter möglichst leicht, kompakt und energieeffizient sein müssen, gewinnen besonders leistungsdichte Antriebslösungen an Bedeutung. Als besondere technische Herausforderung gilt die Entwicklung menschenähnlicher Hände. Die hohe Anzahl kleiner Antriebe und Sensoren sowie der begrenzte Bauraum machen die sogenannte »dexterous hand« zu einem der anspruchsvollsten Bereiche der Humanoidenentwicklung. Um die Feinmotorik der menschlichen Hand möglichst realistisch nachzubilden, sind hochintegrierte Motorsteuerungs- und Sensorkonzepte erforderlich. Neben den Antrieben spielt die Sensorik eine zentrale Rolle. Humanoide Roboter benötigen Kameras, Radar- und Time-of-Flight-Sensoren sowie Mikrofone, um ihre Umgebung wahrzunehmen und mit Menschen zu interagieren. Gleichzeitig sorgen Strom- und Positionssensoren dafür, dass Bewegungen präzise, effizient und sicher ausgeführt werden können. Besonders für komplexe Bewegungsabläufe und feinmotorische Anwendungen sind diese Sensoren unverzichtbar. Auch die Datenkommunikation innerhalb der Roboter gewinnt an Bedeutung. Mit der steigenden Zahl von Sensoren und Aktoren wachsen die zu verarbeitenden Datenmengen erheblich. White erwartet deshalb, dass Ethernet künftig zunehmend zur Standardtechnologie für die interne Vernetzung humanoider Roboter wird. Die Technologie bietet die erforderlichen Bandbreiten, geringe Latenzen und eine gute Skalierbarkeit für komplexe KI-basierte Systeme.
Ein weiterer Schwerpunkt liegt auf der Sicherheit. Da humanoide Roboter künftig in Fabriken, öffentlichen Räumen oder sogar im privaten Umfeld mit Menschen zusammenarbeiten sollen, gewinnen funktionale Sicherheit und Cybersecurity erheblich an Bedeutung. Infineon verweist darauf, dass ein humanoider Roboter Kräfte entwickeln kann, die mit einem Pferdetritt vergleichbar sind. Entsprechend wichtig seien sichere Mikrocontroller, Authentifizierungslösungen, Hardware-Sicherheitsmodule und künftig auch Post-Quantum-Kryptografie. Gemeinsam mit Nvidia arbeitet das Unternehmen bereits an Sicherheitslösungen für sogenannte Physical-AI-Systeme.
Um seine Position im Robotikmarkt weiter auszubauen, hat Infineon zudem eine Absichtserklärung (Memorandum of Understanding, MoU) mit dem vietnamesischen Unternehmen WinRobotics unterzeichnet, einem Spin-off des Elektrofahrzeugherstellers VinFast. Ziel der Zusammenarbeit ist die gemeinsame Entwicklung von Robotiklösungen, die Kombination von Infineons Halbleiter-Know-how mit der Systemkompetenz von WinRobotics sowie die Beschleunigung der Markteinführung neuer humanoider Robotersysteme. Nach Einschätzung von Infineon entwickelt sich Südostasien zu einer wichtigen Robotikregion, da dort zunehmend Fertigungskapazitäten aufgebaut werden und der Bedarf an Automatisierung steigt. Die Kooperation soll daher auch dazu beitragen, die Präsenz des Unternehmens im wachsenden asiatischen Robotikmarkt zu stärken.
Aber zurück zu den Komponenten. Auf der PCIM präsentierten beispielsweise Wolfspeed und Rohm Semiconductor ihre jeweils 5. Generation planarer SiC-MOSFETs. Auffallendste Verbesserung der 5 x 5 mm großen Bauteile ist vor allem der verbesserte Durchlasswiderstand im Hochtemperaturbetrieb bis 175 °C und darüber. Bei beiden Unternehmen lag die Reduzierung der Durchlasswiderstände bei um die 30 Prozent. Gab es da nicht mal Gerüchte, die neue SiC-Generation von Wolfspeed werde in Trench-Technologie gefertigt? Die Antwort von Dr. Adam Barkley, Vice President Technology Development Power bei Wolfspeed ist vielsagend: »Wir entwickeln in beide Richtungen, es wird einmal Trench-Bausteine von Wolfspeed geben, und wir werden beide Technologien anbieten, aber noch nicht jetzt«. Bleibt also abzuwarten, ob Wolfspeed noch in diesem Jahrzehnt damit beginnen wird, zweigleisig zu fahren. Bei Toshiba ist man diesen Schritt übrigens inzwischen bereits gegangen, kurz vor der PCIM stellte das Unternehmen seinen ersten 650 V SiC-MOSFET in Trench-Technologie vor.