Informe de análisis del tamaño, la cuota de mercado y las tendencias del mercado de GaN (nitruro de galio de radiofrecuencia) por aplicación (infraestructura de telecomunicaciones militares (backhaul, RRH, MIMO masivo, celdas pequeñas), comunicación por satélite, banda ancha cableada, radar y aviónica comerciales, energía de RF, otras aplicaciones), por tipo de material (GaN sobre Si, GaN sobre SiC, otros tipos de materiales (GaN sobre GaN, GaN sobre diamante)) y por región (América del Norte, Europa, Asia-Pacífico, Oriente Medio y África, Latinoamérica). Previsiones para el período 2025-2033.

Factores de crecimiento del mercado de GaN (nitruro de galio por radiofrecuencia)

Fuerte demanda de infraestructura de telecomunicaciones

La industria de las telecomunicaciones es considerada una importante adoptante detransformación digitalLas tecnologías, tanto como motor clave de la digitalización mundial como sector que experimenta una profunda transformación en su entorno de mercado, han impulsado un cambio de paradigma en los flujos de capital e información de la economía global. La inversión del sector de las telecomunicaciones en interoperabilidad y tecnología ha sentado las bases para el surgimiento de modelos de negocio totalmente nuevos en diversos sectores.

La tecnología GaN RF se está convirtiendo rápidamente en la opción preferida de los proveedores de servicios de red debido a su capacidad para ofrecer conexiones con un ancho de banda de datos de mayor frecuencia. Estos dispositivos garantizan la generación de la frecuencia máxima en la banda necesaria, evitando interferencias de otras bandas de frecuencia. Los dispositivos de potencia GaN RF permitirán a los usuarios cargar y descargar contenido multimedia de alta calidad, como música y fotografías, así como jugar en línea y ver programas de televisión en línea en las bandas de frecuencia máximas, lo que se prevé que incremente el uso de los dispositivos móviles actuales. Por lo tanto, la fuerte demanda de la industria de las telecomunicaciones impulsa el crecimiento del mercado.

Atributos favorables como el alto rendimiento y el tamaño compacto impulsarán su adopción en el segmento militar.

Se prevé que el constante aumento de los presupuestos de defensa tanto en países en desarrollo como desarrollados, junto con la demanda de productos tecnológicamente avanzados en el arsenal de las fuerzas armadas nacionales e internacionales, impulse aún más el crecimiento del mercado global. Según el Instituto Internacional de Investigación para la Paz de Estocolmo (SIPRI), el gasto militar mundial alcanzó los 1.922 mil millones de dólares en 2019, en comparación con los 1.855 mil millones de dólares en 2018, los 1.807 mil millones de dólares en 2017 y los 1.785 mil millones de dólares en 2016. Además, se espera que los productos militares de radiofrecuencia y microondas experimenten un crecimiento, ya que los avances tecnológicos en sistemas de antenas en fase y otras aplicaciones complejas dependen en gran medida de estos componentes, lo que impulsa la demanda del producto.

La adopción del GaN ha avanzado significativamente en los últimos años, con miles de dispositivos desarrollados e implementados en diversas aplicaciones militares, como radares, comunicaciones por satélite e inhibidores de artefactos explosivos improvisados ​​(IED), entre otras. La combinación de alta frecuencia, amplio ancho de banda y alta potencia, junto con su funcionamiento a altas temperaturas, ha convertido a los dispositivos de GaN en la opción ideal para aplicaciones militares. Estos se han convertido en un material estratégico para el ejército. Se han realizado diversos avances tecnológicos para utilizar el GaN en el desarrollo de diodos emisores de luz (LED) violetas, azules, verdes y blancos, lo que también ha contribuido a mejorar la calidad del material. Esto ha allanado el camino para su creciente utilización en la tecnología de radar. Todos estos factores impulsan el crecimiento del sector.

Restricción del mercado

Costos y desafíos operativos

Las ventajas inherentes del GaN conllevan algunos desafíos de fabricación, como el coste y la optimización de la epitaxia, así como la optimización del procesamiento y el encapsulado de los dispositivos. Otros problemas, como el atrapamiento de carga y el colapso de corriente, deben resolverse para una mayor adopción de estos dispositivos. Si bien se han logrado mejoras significativas en los dispositivos de RF basados ​​en GaN (rendimiento y productividad), aún existen algunas barreras que impiden que el nitruro de galio sobre carburo de silicio (GaN-on-SiC) se integre en las aplicaciones convencionales (por ejemplo, en estaciones base de telecomunicaciones inalámbricas o CATV). En aplicaciones por debajo de 3,5 GHz, estos dispositivos GaN-on-SiC no son lo suficientemente rentables en comparación con los Si-LDMOS, lo que se traduce principalmente en menores tasas de penetración en el mercado.

Además del coste, existen otros problemas con el GaN de RF. La caracterización de estos dispositivos de GaN es fundamental para proporcionar a los diseñadores modelos de transistores predecibles a partir de los cuales puedan realizar simulaciones de circuitos, desarrollando así la adaptación de impedancia y los circuitos de polarización necesarios para los amplificadores de potencia de alta eficiencia y linealidad que se utilizan en los sistemas de comunicación actuales. Todos estos factores dificultan el crecimiento del mercado.

Oportunidad de mercado

Adopción de redes 5G

La adopción de 5G se considera un punto de inflexión para el mercado estudiado. Las redes 5G operan en bandas de frecuencia más nuevas y elevadas, lo que exige nuevas tecnologías y estándares de rendimiento para los dispositivos de radiofrecuencia (RF). La quinta generación de redes móviles busca principalmente una menor latencia en comparación con los equipos 4G y un menor consumo de batería, lo que permite una implementación mucho mejor del IoT. Con varios gigantes de las telecomunicaciones migrando hacia las redes 5G (como AT&T) y los servicios de alta velocidad, los amplificadores de potencia de RF se están convirtiendo en un importante canal de generación de ingresos. Diversos fabricantes de amplificadores de potencia de RF ya han comenzado la producción de soluciones de RF compatibles con 5G que impulsarán significativamente el crecimiento de estas redes.

Las tecnologías de radar y comunicaciones han sido fundamentales para aplicaciones de defensa y comerciales. Las soluciones de radiofrecuencia (RF) basadas en nitruro de galio (GaN) ofrecen mayor potencia y eficiencia en formatos mucho más compactos que las tecnologías de la competencia, lo que permite mejorar el rendimiento de los sistemas de radar y comunicaciones de alto rendimiento. La llegada de la tecnología 5G es más rápida que nunca, impulsando mejoras en el rendimiento y la tecnología de RF. Todos estos factores impulsan el crecimiento del mercado.

Análisis regional

La región Asia-Pacífico dominó el mercado y se estima que registrará una tasa de crecimiento anual compuesta (CAGR) del 19,3 % durante el período de pronóstico. China, Japón, Taiwán y Corea del Sur representan alrededor del 65 % del mercado global de semiconductores discretos. Otros países como Tailandia, Vietnam, Malasia y Singapur también contribuyen significativamente a la supremacía del mercado en la región Asia-Pacífico. En aplicaciones militares, debido al aumento de los sistemas de transmisión/recepción (T/R) en radares aerotransportados, los dispositivos de nitruro de galio (GaN) están reemplazando los voluminosos sistemas basados ​​en tubos de onda progresiva (TWT), lo que garantiza que la defensa seguirá siendo uno de los principales impulsores del mercado de GaN. Según el Instituto Internacional de Investigación para la Paz de Estocolmo (SIPRI), China e India fueron el segundo y tercer país con mayor gasto militar del mundo en 2019. El gasto militar de China alcanzó los 261 mil millones de dólares en 2019, un aumento del 5,1 % con respecto a 2018, mientras que el gasto de India creció un 6,8 % hasta los 71,1 mil millones de dólares. Es probable que estos casos impulsen el crecimiento del mercado en la región.

Tendencias del mercado norteamericano

América del Norte es la segunda región más grande. Se estima que alcanzará un valor esperado de 450 millones de dólares para 2030, registrando una CAGR del 18% durante el período de pronóstico. Las personas que fabrican, diseñan y estudian semiconductores en América del Norte se encuentran entre las primeras en utilizar nuevas tecnologías. El desarrollo del mercado de RF GaN en América del Norte está fuertemente correlacionado con el crecimiento de sectores de usuarios finales como telecomunicaciones, aeroespacial y defensa.electrónica de consumoy otros. La estrategia del gobierno probablemente impulsará la expansión del mercado. Por ejemplo, el gobierno de EE. UU. ha elegido a Qorvo para construir un centro de producción y creación de prototipos de RF de empaquetado integrado heterogéneo (SHIP) de última generación (SOTA) en noviembre de 2020. El programa SHIP garantizará que los contratistas de defensa y los clientes comerciales de EE. UU. que necesiten diseñar, validar, ensamblar, probar y fabricar componentes de RF de próxima generación tengan acceso al liderazgo y la experiencia en empaquetado de microelectrónica.

Tendencias del mercado europeo

Europa es la tercera región más grande del mundo. Alberga importantes centros tecnológicos a nivel mundial y es un motor clave en la adopción de tecnología moderna. El mercado se expande gracias al creciente uso de tecnologías modernas y semiconductores en diversos sectores regionales. La tecnología RF GaN en la región está recibiendo una financiación significativa. Por ejemplo, Cambridge GaN Devices (CGD) anunció en junio de 2020 una iniciativa de 10,3 millones de euros para desarrollar módulos de potencia GaN inteligentes. Esta iniciativa forma parte de Penta, y Infineon es uno de sus socios, junto con instituciones académicas y empresariales del Reino Unido, Alemania y los Países Bajos. El proyecto Penta brindará a CGD una excelente oportunidad para colaborar con empresas líderes en electrónica de potencia. Estos acontecimientos y las operaciones en curso en la región impulsan la expansión del mercado.

Información sobre la aplicación

El mercado global de GaN (nitruro de galio de radiofrecuencia) para RF se divide en aplicaciones militares, infraestructura de telecomunicaciones (backhaul, RRH, MIMO masivo, celdas pequeñas), banda ancha cableada, comunicación por satélite, radar y aviónica comerciales, energía de RF y otras aplicaciones. El sector militar dominó el mercado y se estima que registrará una tasa de crecimiento anual compuesta (CAGR) del 22,7 % durante el período de pronóstico. La modernización de los equipos de defensa está aumentando la necesidad de dispositivos semiconductores de alta potencia. Asimismo, la creciente demanda de aplicaciones de alta potencia está incrementando la necesidad de altas frecuencias en el sector de defensa. Esto ofrece diversas oportunidades de crecimiento para el mercado. Las aplicaciones de defensa utilizan cada vez más RF.Dispositivos de potencia de GaNDebido a la necesidad de reemplazar los antiguos diseños de tubos de vacío con tecnologías de estado sólido que satisfagan los requisitos de frecuencias más altas, el mercado de potencia de RF también se ve impulsado por el creciente uso de GaN como base para dispositivos que proporcionan capacidades de contramedidas electrónicas (ECM) a los sistemas de radar y guerra electrónica, en particular para los inhibidores de RF terrestres que protegen a las tropas. El ejército utiliza el GaN de RF como alternativa o reemplazo de los componentes MOSFET de difusión lateral (LDMOS) en los diseños de sistemas de radar y guerra electrónica militares. Se prevé que, a lo largo del futuro, esto acelere la expansión del mercado.

El segmento de infraestructura de telecomunicaciones es el segundo más grande. Además, se espera que la tecnología 5G revolucione el ámbito de diversos servicios de banda ancha y potencie la conectividad en diferentes verticales de usuarios finales. Los principales impulsores del aumento de la cuota de mercado son el incremento de las suscripciones móviles, la transmisión de contenido de vídeo en línea, el fortalecimiento de la infraestructura 5G y diversas aplicaciones de IoT que utilizan 5G. Se prevé que 5G admita diversos servicios y los requisitos de servicio asociados en múltiples escenarios. Con 5G, la densidad de soluciones de RF requeridas aumentó exponencialmente. Esto hace imperativo reducir el consumo de energía. Los transistores de potencia de GaN se han convertido en un componente clave de la tecnología de estaciones base para 5G, proporcionando el mejor rendimiento. Para aumentar el atrapamiento de electrones en el semiconductor, NXP mejoró su tecnología GaN, principalmente para garantizar una fuerte linealidad y bajos efectos de memoria. Se prevé que inversiones y expansiones similares aceleren el crecimiento del mercado en estudio.

En 2019, el número de suscripciones móviles 5G a nivel mundial se valoró en 0,42 millones, y se prevé que alcance los 400 millones de suscripciones para 2022. Con el considerable crecimiento en el despliegue de la tecnología 5G a nivel mundial, se espera que aumente la demanda de tecnología RF GaN.

Información sobre tipos de materiales

El mercado global de GaN (nitruro de galio de radiofrecuencia) para RF se segmenta en GaN sobre silicio, GaN sobre carburo de silicio y otros tipos de materiales (GaN sobre GaN, GaN sobre diamante). El segmento de GaN sobre silicio dominó el mercado y se estima que registrará una tasa de crecimiento anual compuesta (CAGR) del 17,6 % durante el período de pronóstico. Algunas de las principales aplicaciones de los dispositivos de GaN sobre silicio incluyen estaciones base y telecomunicaciones, defensa y aeroespacial, y comunicación por satélite, entre otras. Además, estos dispositivos se implementan ampliamente en LED y electrónica de potencia. Tradicionalmente, las estaciones base han utilizado amplificadores de potencia de RF (PA) basados ​​en semiconductores de óxido metálico de difusión lateral (LDMOS) (tecnología MOSFET planar de doble difusión). Sin embargo, en los últimos años, los dispositivos de GaN para RF han reemplazado a los dispositivos LDMOS en las estaciones base. Si bien la tecnología LDMOS aún representa una parte significativa de los ingresos por amplificadores de potencia para estaciones base, se prevé que la tecnología GaN experimente un mayor crecimiento y se generalice a medida que aumente la frecuencia de las implementaciones 5G. Aunque las obleas de GaN sobre silicio de hasta 150 mm de diámetro ya se utilizan en diversas aplicaciones, los principales fabricantes están desarrollando obleas de GaN sobre silicio de 200 mm de diámetro. Se espera que estas tendencias clave impulsen el crecimiento del mercado de forma constante durante el período de pronóstico.