Der weltweite Datenverkehr in Mobilfunknetzen nimmt weiter zu, angetrieben durch den 5G-Ausbau und stark nachgefragte Anwendungen wie Videostreaming, Spiele und IoT-Konnektivität. Der jüngste Ericsson Mobility Report zeigt, dass der Datenverkehr in Mobilfunknetzen zwischen dem ersten Quartal 2024 und dem ersten Quartal 2025 um 19 % gestiegen ist, und unter Einbeziehung des Datenverkehrs über Fixed Wireless Access (FWA) wird er sich bis 2030 auf 420 Exabyte pro Monat fast verdreifachen [1]. Dieser Anstieg ist auf mehr vernetzte Geräte und einen höheren durchschnittlichen Datenverbrauch der Nutzer zurückzuführen, der durch bessere Streaming-Qualität, Cloud-Gaming, KI-Apps und Extended Reality weiter angeheizt wird. Die Erweiterung des Frequenzspektrums, insbesondere über 6 GHz, ist entscheidend, um dieses Datenwachstum zu unterstützen und die drahtlose Kapazität und Abdeckung zu verbessern. Angesichts der steigenden Nachfrage nach leistungsstarker drahtloser Konnektivität sind effiziente und skalierbare RF-Technologien unerlässlich, um die Kosten niedrig zu halten. Beim Übergang von 5G- zu 6G-Netzwerken muss die Infrastruktur höhere Frequenzen, mehr Bandbreite und eine höhere Dichte bewältigen, was Lösungen erfordert, die sowohl Leistung als auch Kosten optimieren.

Hier kommt Galliumnitrid auf Silizium (GaN-Si) ins Spiel - eine Technologie, die die hohe Leistungseffizienz von GaN mit der skalierbaren Fertigung von Silizium kombiniert und so den Weg für eine breite Akzeptanz in Funkzugangsnetzen der nächsten Generation ebnet, indem sie die Kosten senkt und die Einführung beschleunigt. Während GaN auf Siliziumkarbid (GaN-SiC) aufgrund seines hohen Wirkungsgrads, seiner hervorragenden Wärmeleitfähigkeit und seiner hohen Leistungsdichte für 5G-Leistungsverstärker (PA) im Sub-6GHz-Bereich favorisiert wurde, positioniert sich GaN-Si nun als kostengünstige Lösung für HF-Anwendungen in großen Stückzahlen.

GF treibt die nächste Welle der drahtlosen Infrastruktur voran, indem es GaN-Si nicht nur als Alternative, sondern als Schlüssel für die nächste Generation von Innovationen in der drahtlosen Kommunikation positioniert.

Die RF-Herausforderung: Höhere Frequenz, größere Bandbreite, hohe Effizienz

Mit der Entwicklung der Mobilfunkinfrastruktur von 5G zu 6G steigt die Komplexität. Mobilfunknetzbetreiber (MNOs) und OEMs müssen nun höhere Frequenzen, größere Bandbreiten und dichtere Netze unterstützen und gleichzeitig die Kosten und den Stromverbrauch für eine rentable Bereitstellung senken. Einem Bericht von Samsung vom August 2024 zufolge wird erwartet, dass sich die Anzahl der Antennenelemente bei Funkgeräten, die in den Bändern FR1 n104 (6,425-7,125 GHz) und FR3 (7,125-24,25 GHz) betrieben werden, im Vergleich zu den heutigen 5G-Sub-6-GHz-Funkgeräten mindestens verdoppeln wird [2]. Mehr Antennenelemente für die gleiche Gesamtausgangsleistung des Funkgeräts senken den Leistungsbedarf der einzelnen Antennen, was kostengünstige Lösungen wie GaN-Si gegenüber GaN-SiC begünstigt. Höhere Frequenzen ermöglichen engere Antennenabstände, wodurch mehr einzelne Antennenelemente in bestehende Grundflächen passen, aber auch die Anzahl der Halbleiter und die BOM-Kosten steigen. Diese Entwicklung in der Funkarchitektur ermöglicht den Einsatz von GaN-Si aufgrund der geringeren Anforderungen an die Ausgangsleistung von Leistungsverstärkern und etabliert GaN-Si als führenden Ersatz für GaN-SiC zur Kostensenkung.

GaN-Si: Leistungssteigerung und Skalierbarkeit

GaN-Si ermöglicht die Integration der GaN-Epitaxie auf 200-mm-Siliziumwafern mit großem Durchmesser und hoher Ausbeute, wobei die gleiche Fertigungsinfrastruktur wie bei fortschrittlichen CMOS-Technologien genutzt wird. Dies bringt entscheidende Vorteile mit sich:

  • Geringere Kosten pro RF-Gerät durch Größenvorteile, wie oben erwähnt
  • Höherer Produktionsdurchsatz durch etablierte Siliziumfabriken
  • Möglichkeit der Integration mehrerer Schaltkreisblöcke durch heterogene Integration oder 3D-Stapelung

Obwohl SiC-Substrate eine bessere Wärmeleitfähigkeit bieten, sind die geringeren Material- und Verarbeitungskosten von GaN-Si im Vergleich zu GaN-SiC ideal für großvolumige Anwendungen wie Massive MIMO und kleine Zellen, die eine kostengünstige RAN-Erweiterung unterstützen. GaN-Si erreicht auch eine vergleichbare HF-Leistung in den mittleren bis oberen 5G FR1 (3,3-7,125 GHz) und 6G FR3 (7,125-24,25 GHz) Bändern.

Bei GlobalFoundries ermöglichen wir, dass GaN-on-Si eine breite Palette von Infrastrukturanwendungen unterstützt:

  • C-Band (n77/n78) und n79 Massive MIMO-Funkgeräte
  • 5G Small Cell und Open RAN Plattformen
  • 6G FR3-Architekturen, die breitbandige PAs mit hoher Linearität und Effizienz erfordern

Dank der Skalierbarkeit auf Siliziumbasis eignet sich GaN-Si auch ideal für Co-Packaged-RF-Lösungen und hybride Integration - alles wichtige Voraussetzungen für drahtlose Infrastrukturplattformen der nächsten Generation.

Partnerschaften für die Zukunft: Die GaN-Si-Roadmap von GF

Bei GlobalFoundries schaffen wir die Grundlage für das nächste Jahrzehnt der drahtlosen Innovation. Unsere GaN-on-Si-RF-Plattform auf 200-mm-Wafern wurde entwickelt, um die Markteinführung für Anbieter drahtloser Infrastrukturen zu beschleunigen.

Wir arbeiten mit Partnern aus dem Ökosystem zusammen, um Innovationen in den Bereichen Packaging, Wärmemanagement und HF-Schaltungsdesign voranzutreiben. Damit stellen wir sicher, dass GaN-Si nicht nur die heutigen 5G-Anforderungen erfüllt, sondern auch für die Herausforderungen von 6G in Bezug auf Frequenz, Bandbreite, Leistung und Effizienz bereit ist. Mit GlobalShuttle, dem Multi-Projekt-Wafer-Programm (MPW) von GF, können Kunden das Potenzial der RF-GaN-Si-Technologie effizient und kostengünstig evaluieren und so ihre Produktentwicklungszyklen beschleunigen und die Zeit bis zur Markteinführung verkürzen.

Im Zuge der Weiterentwicklung drahtloser Netze müssen die Anbieter drahtloser Infrastrukturen Technologien einsetzen, die ein ausgewogenes Verhältnis zwischen Leistung und Herstellbarkeit bieten. Während GaN-SiC für Nischenanwendungen mit extrem hoher Leistung relevant bleibt, ist GaN-Si der Weg in die Zukunft für skalierbare, hocheffiziente RAN-Implementierungen. Durch die Umstellung auf GaN-Si können Mobilfunknetzbetreiber und OEMs die Vorteile der GaN-Technologie nutzen - ohne die wirtschaftlichen Beschränkungen herkömmlicher Substratmaterialien. GlobalFoundries ist stolz darauf, an der Spitze dieses Übergangs zu stehen und die drahtlose Zukunft mit skalierbaren, effizienten RF-Technologien voranzutreiben.

[1]: Ericsson Mobility Report Juni 2025

[2]: Samsung Forschungsbericht August 2024

Mark Cuezon ist Director of Wireless Infrastructure and SATCOM End Markets bei GlobalFoundries. In dieser Funktion treibt er das strategische Wachstum und das Kundenengagement im Bereich der drahtlosen Konnektivitätsnetzwerke und -plattformen der nächsten Generation voran.