視點 | 投資人的視角解答，第三代半導體到底值不值得投？

來源：第三代半導體產(chǎn)業(yè)，本篇第三代半導體投資洞見來自于：

周貞宏博士

福建省安芯投資管理有限責任公司管理合伙人、前高通全球副總裁

以下是近日舉辦的《第三代半導體交流會》的實錄內(nèi)容，以產(chǎn)業(yè)投資人的視角，解答了第三代半導體是否值得投資，未來的增量在哪？行業(yè)瓶頸是什么？如何判斷項目是否靠譜等諸多問題。內(nèi)容分享僅供參考。

? 電動汽車帶動第三代半導體行業(yè)景氣度上升：

彭博有消息稱國家要投入一千億美元進入第三代半導體賽道，體現(xiàn)國家對第三代半導體行業(yè)的重視度。

碳中和是未來到2026 年的長期趨勢，主要帶動清潔發(fā)電、新能源汽車等領域快速增長，其中比較大的行業(yè)趨勢是汽車電動化，是幾百萬億級的投資市場。目前電動汽車行業(yè)剛剛起步，預計到 2045 年成長到飽和期。除了電動汽車，還有充電樁帶動半導體行業(yè)景氣度上升，主要原因是電池續(xù)航能力提升要求充電樁功率增大，充電大功率、大電流需求是第三代半導體的優(yōu)勢。

? 芯片缺貨、功率器件占比等因素催生第三代半導體投資機會：關于最近芯片缺貨情況，政府最擔心的是汽車芯片，去年芯片缺貨造成多家廠商停工，影響全球萬億級汽車產(chǎn)業(yè)鏈，迫使歐洲、美國政府出面協(xié)調(diào)產(chǎn)能。這種背景下，未來車廠可能跳過 tier1 直接切入半導體，形成車廠與半導體廠商直接聯(lián)系是確定性趨勢。電動汽車迫使車廠顛覆核心的燃油發(fā)動機，轉(zhuǎn)向電機，且需要碳化硅驅(qū)動。未來車廠會失去發(fā)電機的優(yōu)勢，必須形成自身半導體或電池優(yōu)勢。這些因素形成了半導體的投資機會，各國對半導體加大投入。

傳統(tǒng)汽車功率器件只占 21%，電動汽車功率器件占比 55%。而未來碳化硅和氮化鎵會在功率器件里市場占有率比較大。

? 市場格局和市場空間：目前市場對第三代半導體已經(jīng)有關注，但沒有無人駕駛、AI、激光雷達等領域投入規(guī)模大。硅基功率器件主要是歐洲、美國、日本等海外公司主導且領先。英飛凌每年有 35 億美元的收入，市場占有率第一?，F(xiàn)在安森美、意法等公司也在做碳化硅的研究。目前十幾家公司中只有一家并購的安世半導體是中國公司，其他都是國外公司。再往下，比亞迪分拆的微電子，上市公司斯達半導，中車等具備硅基 IGBT的產(chǎn)品和技術。但是目前硅基方面國內(nèi)外差距巨大。未來考慮到電動汽車對半導體需求，會有遠超 26%的復合增長率，僅 Cree 對碳化硅的需求在 2024 即達 50 億美元。

? 定義第三代半導體及追溯歷史：第一代硅、鍺，第二代砷化鎵、磷化銦（應用于射頻、通訊），第三代碳化硅、氮化鎵、氧化鋅，目前碳化硅和氮化鎵比較成熟。第三代半導體是化合物半導體，由多種元素化合而成，通常在光電、射頻、功率器件應用場景上具有絕對優(yōu)勢，其中光電和射頻以第二代為主，功率器件以硅基為主，未來功率器件賽道上第三代半導體有最大的爆發(fā)空間。主要是因為隨著功率的增加，碳化硅有絕對優(yōu)勢，碳化硅、氮化鎵帶寬夠?qū)?，能夠承受更大的電壓、電流，導熱、散熱也有?yōu)勢，另外高頻下提高能源密度以此減小減輕電源體機重量并且提高能效可以解決第三代半導體開關損耗略高的問題。

碳化硅已經(jīng)有近三十年歷史，英特爾 1992 年開始研發(fā)，但到 2017年，碳化硅產(chǎn)業(yè)也只是起步階段，Cree 具有第三代半導體全產(chǎn)業(yè)鏈特別是材料的全球龍頭和壟斷地位，占據(jù) 62%的市場，但碳化硅器件只有 8 千萬美元，英飛凌 35 億功率器件中只有 5 千萬屬于碳化硅。碳化硅的真正爆發(fā)是到 2018 年，主要源于特斯拉的使用，自此 1/3 的車廠決定要用碳化硅，到目前 80-90%車廠要用碳化硅。Cree 因此決定投資 10 個億建設紐約新生產(chǎn)線，并且擴產(chǎn)三十倍舊生產(chǎn)基地，以此解決產(chǎn)能不足問題。

? 碳化硅爆發(fā)力來自電動汽車：2018 年全球碳化硅市場只有 4 億美元，到 2024 年有望達到 50 億美元，其中巨大爆發(fā)力來自于電動汽車。2017 年有車型用碳化硅，2018 年斯拉 Model 3 用上，19 年 Model X，后面 20 年比亞迪漢 EV 等電動汽車陸續(xù)使用碳化硅。全球每年生產(chǎn) 1 億輛車，中國占據(jù) 30%，也是全球最大的汽車消費車廠。中國2015 年開始就大量生產(chǎn)電動汽車，在電池方面中國與日韓一起領先全球。電動汽車一半的產(chǎn)能和市場在國內(nèi)，相比傳統(tǒng)燃油汽車較領先。而歐洲在兩年前才開始大量生產(chǎn)電動汽車，歐洲要到 2025 年才能追趕上中國的量。電動汽車催生出的許多功率器件需求中，碳化硅是很大的機會。碳化硅可以是實現(xiàn)快充需要高千瓦數(shù)的需求，產(chǎn)生競爭優(yōu)勢。

但目前碳化硅在功率器件占比較小，不到 5%，但后續(xù)會增長很快，到 23 年超過 10%。

? 碳化硅應用及產(chǎn)業(yè)鏈機會：電動汽車是最大的應用機會，但應用不止于電動汽車，太陽能、風電、軌道交通，最近深圳和日本新干線開始大量使用碳化硅。目前已帶來全產(chǎn)業(yè)鏈的投資機會，從粉末材料到碳化硅晶體，到工藝、外沿、外延、制造、模塊、封裝，類似硅基在 80 年代的情況。目前國內(nèi)碳化硅量產(chǎn)只能做到 4 寸，在全球量產(chǎn)最大的是150mm 尺寸。

? 工藝設備要求不高：碳化硅不需要先進設備，工藝上用二十年前的舊設備就可以完成產(chǎn)業(yè)需求，因此國內(nèi)在第三代半導體上有超車機會，非常值得投入。

? 材料成本是行業(yè)瓶頸：碳化硅材料生長難度大。硅基一個晶棒 12 寸可拉幾米高，切除很多片，而碳化硅目前量產(chǎn)才 6 寸，一個多周才能長出 2~3 厘米，只能切出十幾二十片。而且溫度很高，在 2500℃下保持穩(wěn)定性、均勻性、熱場一周以上不變才能長出 3厘米，要求極高，因此成本很高。所以目前材料是行業(yè)瓶頸，材料領域有四家海外公司占據(jù) 90%市場，其中 Cree 占據(jù) 60-70%，其他還有Ⅱ-Ⅵ、Showa Denko、Dow 等。

? 設計方面：目前以 IDM 為主，意法、英飛凌、安森美、羅姆占據(jù)主要市場。

? 國內(nèi)近年開始爆發(fā)：16 年以前沒有人投資，在中國兩三年突然爆發(fā)。海外 2018 年興起，國內(nèi) 2019 年開始火爆。2019 年 9 月份華為哈勃投資山東天岳 10 個億，到去年估值已經(jīng)超過 100 億，現(xiàn)在超過 200 億，已提交 IPO。所以第三代半導體未來發(fā)展空間很大。另外國內(nèi)龍頭還有天科合達，北京中科院物理所科學家創(chuàng)立。國內(nèi)材料占全球5%-10%，值得擴大產(chǎn)能。國內(nèi) 18 年 2 個項目，19 年 12 個，20 年 18 個，投資從50 億到 200 億到 465 億，產(chǎn)業(yè)吸引巨大資金和資源，未來可能有公司成為世界級功率器件公司。

? 碳化硅未來增量和存量市場上都會有爆發(fā)：目前市場占有率前五都是海外公司，如 ST、Cree、羅姆、安森美等。一方面電動汽車的高速增長催化碳化硅需求，另一方面降低碳化硅材料成本后，碳化硅會吞噬硅基市場，包括太陽能、風能、電網(wǎng)、高鐵、數(shù)據(jù)中心、家電等領域應用。

? 氮化鎵：剛剛爆發(fā)，蟄伏多年依然是 10 億以內(nèi)的市場體量，但去年小米推出 65 瓦氮化鎵快充帶動氮化鎵上量后，手機快充發(fā)展速度很快。氮化鎵相對碳化硅價格更低，爆發(fā)力很大，在稍低功率中有可能性，未來無線充電、激光雷達供電都有可能應用。市場規(guī)模從 2020 年 4600 萬美元，預測到 2026 年超過 11 個億。目前的預測偏保守，因為半導體產(chǎn)業(yè)一旦爆發(fā)爆發(fā)力會非常大。

? 投資建議：目前適合投資材料和設計初創(chuàng)公司。國內(nèi)不缺錢和市場，需要技術和人才。對于半導體行業(yè)來說，拆解核心技術團隊不合理，需要抱團取暖模式。之前安芯主要通過投資并購海外擁有多年技術沉淀積累但沒有規(guī)模生產(chǎn)和市場能力的海外公司，將其落地嫁接到中國，去進行規(guī)模生產(chǎn)，發(fā)揮其價值，這是一個不錯的投資途徑。應對監(jiān)管上，海外初創(chuàng)團隊控股，中資引入，會符合監(jiān)管要求。

Q&A 問答環(huán)節(jié)

Q：碳化硅雖然性能好，但普及的話最大的問題是成本嗎？這樣的話廉價大眾型電動車是否使用有困難？

A：成本方面，單純從單個器件來講，碳化硅是 IGBT 3 倍的價錢。但是在系統(tǒng)層面，充電樁因為用了碳化硅，把體積縮小、能效提高，在散熱的結(jié)構件、金屬件、腔體等上面都省了很多錢。Cree 等公司做了評估，在系統(tǒng)層面用碳化硅是省錢的，同種條件下，用碳化硅可以使同一塊電池增加 10-15%的續(xù)航能力，汽車性能得到提高，可以用小一點的電池提供同樣大的動力。這種情況下，車企在碳化硅上多花的錢是少于節(jié)約的成本的。

Q：既然老設備可以實現(xiàn)，那良率低的原因是什么？主要是長晶的一些技術問題還是別的因素？（設備要求低但經(jīng)驗要求高？）

A：整個產(chǎn)業(yè)處在初期階段，包括 Cree 在內(nèi)的跨國公司，對碳化硅的設備、工藝等的knowhow 都非常嚴格地保密，因為這些是他們的核心競爭力，基本上都是“黑匣子”，技術人員的開發(fā)環(huán)境都非常封閉，不對外公開，這是比較難學習的一點。從材料到設備的控制，很多都是憑經(jīng)驗去摸索，我們在收購 Norstel 后也是經(jīng)過兩年時間的不斷試錯才讓產(chǎn)出從 4寸長到 6 寸，同時提高材料的質(zhì)量和成品率，沒有捷徑。Norstel 到現(xiàn)在已經(jīng)做了 20 年，在這方面一直深耕。如果有國內(nèi)公司很輕易地就說有 6 寸的晶片，可以問他你的種晶來源于哪里，如果用其他公司的種晶是涉及到知識產(chǎn)權問題的，別家種晶的固有缺陷在你這里也一定會體現(xiàn)出來。這也是為什么國內(nèi)襯底材料方面兩家做的比較大的公司，山東天岳和天科合達能做好的原因。天科合達是北京的，是中科院物理所出來做的，已經(jīng)有 10 多年了。山東天岳是基于山東大學一個院士畢生的基礎上做出來的?？茖W家們都經(jīng)過了很多年的積累，熬過幾十年才等到產(chǎn)業(yè)的爆發(fā)。在這個產(chǎn)業(yè)，無論是去挖人還是模仿，都是十分困難的。必須要不斷地燒錢，要有足夠好的想法和堅定的投資人才能做好。

Q:碳化硅量產(chǎn)的良率和成本還不是很理想，理想狀態(tài)下拿 6 寸的碳化硅成品舉例，成本大概能降到多少美元？

A：前幾年還在 1000 美元以上，現(xiàn)在已經(jīng)低于 1000 美元了，降本空間還比較大，幾年后通過大規(guī)模量產(chǎn)可能降到 500 美元以下。包括 Cree 在內(nèi)的公司做了很多投入在降本上，上次我通過 Cree CEO 的投資會議知道，之前他們擴產(chǎn)能的頻率不穩(wěn)定，每批次的數(shù)量不一樣，每臺機器都有各自的特性，用的器件都不一樣?，F(xiàn)在改進之后一次性擴了幾百臺設備，一致性做到了非常好，現(xiàn)在一臺上做了改進，在其他機器上都可以很快應用，這也促進了成本的降低和良品率的提高。以前是像研發(fā)的做法，現(xiàn)在是通過大規(guī)模生產(chǎn)來推廣?，F(xiàn)在國內(nèi)廠商也在快速地擴大產(chǎn)能，但這其實是機會和風險共存的，在沒有定義有競爭力工藝的時候，拿LED 來舉例，如果大規(guī)模上可能會很慘，因為新的東西出來了你就過時了，自己做可能還不如買的便宜，最后就只能停機。矛盾在于，如果不擴張，工藝很難大規(guī)模量產(chǎn)；如果擴得太快，技術工藝可能面臨過時的風險。

Q：了解到行業(yè)里有種新工藝叫熔體法，生產(chǎn)速度可以快不少，也可以讓質(zhì)量和成品率提高，您如何看待它的前景？

A：任何一個好的想法都有試錯的機會，目前全球主流的方法有三種，包括 PVP 粉末蒸發(fā)（可量產(chǎn)）、Norstel 的工藝 CVD 等，熔體法我看到有日本和國內(nèi)的團隊都在提出和使用，我認為非常值得去做，做成功了會有很大的價值。之前德國的一個團隊提出了一個激光切割的想法，他們證明了可行性，申請了專利。在當時，離大規(guī)模生產(chǎn)還很遠，我們沒有投資，但現(xiàn)在被英飛凌收購了。我認為你只要把你的想法驗證了，就有巨大的價值產(chǎn)生。

Q：三安把 Norstel 買過來，在 2019 年又把股份賣給了意法，想了解一下具體情況。

A：其實這個交易是我們做的，整個買賣都是安芯基金操作的，三安只是 LP，細節(jié)不多贅述了。實際情況是一開始賣了一部分留了一部分，在 19 年底全部賣給意法了，里面有一些故事，有時間可以私下里細說。從意法的角度看，他的核心訴求不是做材料，是做器件，他希望把整個碳化硅的市場做大，去快速搶奪硅基的市場。意法是特斯拉的一供，但 IGBT 在全球排第五，他們希望通過碳化硅彎道超車，跟 IGBT 業(yè)內(nèi)的領頭羊競爭，因此在這方面投資得非常激進。

Q：請問國內(nèi)目前碳化硅項目投資較熱，各廠商也都投了很大的 capex，我們應該如何去判斷哪些項目能大概率成功，是看技術團隊的來源，還是是否有對于長晶設備的 knowhow？以及未來是否只有一體化，打通襯底到器件設計的企業(yè)才能成功，僅有器件設計能力的企業(yè)什么時候會面臨壓力？

A：所有的創(chuàng)業(yè)團隊背景從募資材料上來看都非常亮眼，看不出實際水平。我認為看項目有兩個方面：一方面是怎么解決種晶的問題，回答種晶從哪來，就像種一棵樹需要好的種子，非法獲取種子來做肯定會存在很大的瑕疵；第二是實操層面，把長出的襯底產(chǎn)品給未來的客戶，即國內(nèi)的生產(chǎn)團隊去用，看能不能做出產(chǎn)品，成本是不是有競爭力。如果只是你自己說行，那是無法判斷的，必須你的直接客戶愿意給你下訂單，這是最終極的判斷。

Q：請問您覺得觀測到哪些指標，或者說看到什么信號可以確認汽車全面擁抱碳化硅的時代到來了。比如車載電壓平臺升至多少伏，碳化硅成本降到 IGBT 的多少等。以及汽車三電和其他零部件哪里會最先完成碳化硅的全面滲透，哪一塊碳化硅滲透起來會比較困難？

A：碳化硅在高壓方面有優(yōu)勢，現(xiàn)在只要車企用的是高壓、650 伏以上的電池，電壓越大，碳化硅的優(yōu)勢越明顯；另一方面是車的續(xù)航能力，比如大巴，碳化硅有絕對優(yōu)勢。就家用車而言，續(xù)航在 300、500 公里以上，碳化硅就有優(yōu)勢。電池越大，碳化硅越有優(yōu)勢。爆發(fā)的話我認為會在 2024 年，這也是 Cree 的預測，目前美歐日還在大規(guī)模做研發(fā)，到 2023-2025年才會大規(guī)模上市。我認為碳化硅在電動車領域里存在絕對的優(yōu)勢，一定會成為主流。

Q：LED/射頻/功率器件這種化合物半導體的工藝是不是都很相似，可以把 LED 和射頻的技術積累用到碳化硅上呢，設備和機臺是不是也不需要太多替換呢？因為三安基本上就是這個路徑，想了解一下這幾大業(yè)務的協(xié)同情況？

A：碳化硅、氮化鎵和 LED 相比，是完全不一樣的功率和挑戰(zhàn)。三安在 2014 年就已經(jīng)開始投入，聚集了很多精英投入了 7 年。做硅基氮化鎵有一些 LED 的經(jīng)驗可以借鑒，但 LED 和碳化硅差的很遠。做碳化硅最基本的是需要一條半導體的生產(chǎn)線，現(xiàn)在只有做硅基的公司才有生產(chǎn)的工藝和經(jīng)驗，比如中芯國際、華潤微電子等，而這些經(jīng)驗做 LED 的公司則完全不具備。三安屬于特殊情況，有 LED 的支撐，同時在孵化半導體，有大基金在支持，還有全球的團隊經(jīng)過六七年研發(fā)，到現(xiàn)在也才剛剛能進入量產(chǎn)?？偠灾?，從今天開始做，沒有 5、6 年是無法趕上三安的水平的。

Q：碳化硅會大量取代硅基器件嗎，未來硅基 IGBT 等的市場會大幅度萎縮嗎？

A：碳化硅有增量，也有存量。碳化硅搶占汽車 IGBT 市場后，整個 IGBT 市場也在擴張。因為整個機器人、新能源等產(chǎn)業(yè)加上全球電動化的趨勢，都需要更多的功率器件，整個市場還在快速增長。未來十年可能整體器件市場平均每年有幾個點的復合增長率，但在功率器件整個市場至少有兩位數(shù)的增長。功率器件包括開關、電機驅(qū)動等，只要有馬達的都要用功率器件，在這方面碳化硅的增長速度超過硅基市場增速，而硅基市場可能會不增長或者保持個位數(shù)的增長，但真正碳化硅超過硅基市場至少需要 20 年。

Q：籽晶一般是怎么生產(chǎn)出來的呢，為什么成為一個門檻？

A：主要是時間問題。Cree 等公司都是 20 年前，把籽晶從 1 寸到 2 寸到 3 寸，一點點擴出來的。種碳化硅是一點點地擴，需要時間來慢慢量產(chǎn)，Norstel 的價值也是在于此。當然也有一些辦法可以合成，但目前市面上的領導者都是經(jīng)過時間積累慢慢擴的。

總結(jié)：

目前雖然第三代半導體投資還有一些風險，但整個產(chǎn)業(yè)發(fā)展不受太多的技術限制，沒有設備的瓶頸。同時，對于大規(guī)模的硅基產(chǎn)線的投入需求還是比較小的，因此未來成長空間還是非常大的，上市公司和初創(chuàng)公司都是有機會的。半導體仍然是以量取勝，聚焦龍頭還是最穩(wěn)妥的投法。對風投來說，建議關注有較強研究基礎和技術積累的團隊。