在 5G 扩展以及视频流、游戏和物联网连接等高需求应用的推动下，全球移动网络数据流量持续上升。最新的《爱立信移动性报告》显示，从 2024 年第一季度到 2025 年第一季度，移动网络数据流量增长了 19%，加上固定无线接入（FWA）流量，预计到 2030 年，移动网络数据流量将增长近两倍，达到每月 420 艾字节[1]。流量激增的原因是连接设备增多和用户平均数据消耗量增加，而更好的流媒体质量、云游戏、人工智能应用程序和扩展现实技术则进一步推动了流量激增。扩大频谱，尤其是 6 GHz 以上的频谱，对于支持数据增长、提高无线容量和覆盖范围至关重要。随着对高性能无线连接的需求不断增长，高效、可扩展的射频技术对降低成本至关重要。随着网络从 5G 发展到 6G，基础设施必须处理更高的频率、更大的带宽和更高的密度，这就需要同时优化性能和成本的解决方案。
硅基氮化镓（GaN-Si）技术的出现，将氮化镓power 与硅的可扩展制造工艺相结合，通过降低成本和加快部署，为该技术在下一代无线接入网络中的广泛应用铺平了道路。 虽然氮化镓-碳化硅（GaN-SiC）因其高效率、出色的导热性和power 一直被视为6GHzpower （PA）的优选方案，但GaN-Si如今已被定位为射频应用领域中一种经济高效、适合大规模量产的解决方案。
GF 将氮化镓-硅定位为下一代无线通信创新的关键推动力，而不仅仅是替代品，从而推动了下一波无线基础设施的发展。
射频挑战：频率更高、带宽更宽、效率更高
随着无线基础设施从5G向6G演进，系统复杂性也在不断增加。移动网络运营商（MNOs）和原始设备制造商（OEMs）如今面临着支持更高频段、更宽带宽和更密集网络的需求，同时又需要降低成本和power ，以确保部署的盈利性。 根据三星2024年8月的一份报告，在FR1 n104（6.425–7.125 GHz）和FR3（7.125–24.25 GHz）频段运行的射频设备，其天线单元数量预计将比当前的5G sub-6GHz射频设备至少增加一倍[2]。 在总发射power 不变的情况下，天线单元数量的增加power 单个天线的输出power ，这使得GaN-Si等高性价比解决方案相较于GaN-SiC更具优势。更高频率允许更紧密的天线间距，可在现有空间内容纳更多独立天线单元，但也增加了半导体器件数量和物料清单（BOM）成本。 射频架构的这一演进，因power 输出要求降低而使 GaN-Si 得以应用，并确立了 GaN-Si 作为 GaN-SiC 的主要替代方案，从而实现成本降低。
氮化镓-硅：提高性能和可扩展性
GaN-Si 能够将氮化镓外延集成到大直径、高产能的 200 毫米硅晶片上，并利用先进 CMOS 技术所使用的相同制造基础设施。这释放了关键优势：
- 如上所述，通过规模经济降低每个射频设备的成本
- 现有硅工厂的生产量提高
- 通过异构集成或三维堆叠，有可能集成多个电路块
虽然碳化硅衬底具有更好的导热性，但与氮化镓-碳化硅相比，氮化镓-硅的材料和加工成本更低，因此非常适合大规模 MIMO 和小基站等大批量应用，支持经济高效的 RAN 扩展。氮化镓-硅在 5G FR1（3.3-7.125 GHz）和 6G FR3（7.125-24.25 GHz）中高级频段也实现了相当的射频性能。
在 GlobalFoundries，我们使硅基氮化镓能够支持广泛的基础设施应用：
- C 波段（n77/n78）和 n79 大容量 MIMO 无线电设备
- 5G 小蜂窝和开放式 RAN 平台
- 需要宽带、高线性度和高效功率放大器的 6G FR3 架构
凭借硅基可扩展性，氮化镓-硅也是共同封装射频解决方案和混合集成的理想选择，这些都是下一代无线基础设施平台的关键。
携手共创未来：GF 的氮化镓-硅路线图
在 GlobalFoundries，我们正在为下一个十年的无线创新奠定基础。我们的硅基氮化镓射频平台采用 200 毫米晶圆，旨在为无线基础设施供应商加快产品上市时间。
我们正与生态系统合作伙伴通力合作，推动封装、热管理及射频电路设计领域的创新，确保氮化镓-硅（GaN-Si）技术不仅能满足当今5G的需求，更能从容应对6G在频率、带宽、power和效率方面的挑战。 通过GF的多项目晶圆（MPW）计划——GlobalShuttle，客户能够高效且经济地评估RF GaN技术的潜力，从而加速产品开发周期并缩短产品上市时间。
随着无线网络的持续演进，无线基础设施供应商必须采用能在性能与可制造性之间取得平衡的技术。虽然氮化镓-碳化硅（GaN-SiC）在特定的小众power 仍具价值，但氮化镓-硅（GaN-Si）才是实现可扩展、高效率无线接入网（RAN）部署的未来之路。通过向GaN-Si过渡，移动网络运营商（MNO）和原始设备制造商（OEM）能够充分利用GaN技术的优势，同时摆脱传统基板材料带来的经济限制。 格罗方德（GlobalFoundries）很荣幸能站在这场转型浪潮的前沿，凭借可扩展、高效的射频技术，为无线未来提供动力。
[2]:2024 年 8 月三星研究报告
Mark Cuezon 是 GlobalFoundries 的无线基础设施和 SATCOM 终端市场总监，负责推动下一代无线连接网络和平台的战略发展和客户参与。
