隨著終端應(yīng)用電子架構(gòu)復(fù)雜程度提升，硅基器件物理極限無(wú)法滿(mǎn)足部分高壓、高溫、高頻及低功耗的應(yīng)用要求，具備熱導(dǎo)率高、臨界擊穿場(chǎng)強(qiáng)高、電子飽和漂移速率高等特點(diǎn)的碳化硅（SiC）器件作為功率器件材料端的技術(shù)迭代產(chǎn)品出現(xiàn)，應(yīng)用于新能源汽車(chē)、光伏、工控等領(lǐng)域，在電力電子設(shè)備中實(shí)現(xiàn)對(duì)電能的高效管理。以逆變器為例，碳化硅模塊代替硅基IGBT后，逆變器輸出功率可增至硅基系統(tǒng)的2.5倍，體積縮小1.5倍，功率密度為原有3.6倍，最終實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)成本整體降低。碳化硅技術(shù)壁壘高，技術(shù)演進(jìn)空間大：- 一方面，由于碳化硅長(zhǎng)晶速度慢，每小時(shí)僅生長(zhǎng)0.2-0.3mm，在200多種晶型中僅一種可用（SiC-4H），且晶棒切割難度大，因此碳化硅襯底從樣品到穩(wěn)定批量供貨大約需要5年；
- 另一方面，作為碳化硅器件性能及可靠性的關(guān)鍵，高壓器件用、低缺陷密度且均勻摻雜的碳化硅外延工藝難度大；疊加離子注入、柵氧可靠性及客戶(hù)驗(yàn)證等器件端挑戰(zhàn)，碳化硅市場(chǎng)進(jìn)入壁壘高，技術(shù)挑戰(zhàn)大。未來(lái)，碳化硅將繼續(xù)向襯底大尺寸化、切割高效化及器件模塊化等低成本高可靠性方向發(fā)展。
上游產(chǎn)能不斷擴(kuò)充，產(chǎn)業(yè)垂直整合加速：- 碳化硅襯底成本占比為46%，外延成本占比為23%，產(chǎn)業(yè)鏈價(jià)值量倒掛，襯底供應(yīng)商掌握了產(chǎn)業(yè)鏈的核心話語(yǔ)權(quán)。
- 以Wolfspeed為例，其襯底產(chǎn)能全球第一，已獲13億美元長(zhǎng)期協(xié)議，在車(chē)規(guī)級(jí)器件端擴(kuò)展迅速。目前，ST、英飛凌、安森美等傳統(tǒng)功率器件商均在上游材料進(jìn)行擴(kuò)產(chǎn)，同時(shí)基于多年客戶(hù)積累與汽車(chē)等終端建立合作，產(chǎn)業(yè)垂直整合加速。
- 我國(guó)目前在襯底端已開(kāi)始占據(jù)一定市場(chǎng)份額，如山東天岳2020年半絕緣襯底全球市占率已至30%；而器件端，目前全球意法半導(dǎo)體一家獨(dú)大，國(guó)內(nèi)公司尚屬發(fā)展早期，但已有部分企業(yè)如斯達(dá)半導(dǎo)、比亞迪半導(dǎo)體等碳化硅模塊已實(shí)現(xiàn)上車(chē)應(yīng)用。
新能源汽車(chē)驅(qū)動(dòng)市場(chǎng)加速，國(guó)內(nèi)SiC產(chǎn)業(yè)鏈蓄勢(shì)待發(fā)：- 根據(jù)Yolé預(yù)測(cè)，碳化硅器件市場(chǎng)將從2019年5億美元增至2025年25億美元，復(fù)合增速達(dá)30%。其中，新能源汽車(chē)作為主驅(qū)動(dòng)力，從2019年2.25億增至2025年15億美元，占整個(gè)市場(chǎng)60%，對(duì)應(yīng)復(fù)合增速38%。
- 隨著快充需求增加，電動(dòng)汽車(chē)逐步向800V架構(gòu)過(guò)渡，碳化硅滲透加速。目前，國(guó)內(nèi)企業(yè)在襯底端已有開(kāi)始占據(jù)少量份額，器件端仍屬發(fā)展早期。
- 未來(lái)，考慮產(chǎn)業(yè)鏈價(jià)值量分布及客戶(hù)優(yōu)勢(shì)等因素，我們認(rèn)為上游擁有襯底量產(chǎn)技術(shù)、外延能力的企業(yè)及擁有功率半導(dǎo)體經(jīng)驗(yàn)、下游客戶(hù)或具備大量上車(chē)數(shù)據(jù)的功率半導(dǎo)體公司有望脫穎而出。
國(guó)內(nèi)SiC產(chǎn)業(yè)鏈上市或IPO階段相關(guān)公司：天岳先進(jìn)（襯底）、鳳凰光學(xué)（外延）、斯達(dá)半導(dǎo)（器件）、比亞迪半導(dǎo)體（器件）、中車(chē)時(shí)代電氣（器件）、華潤(rùn)微（器件）等。應(yīng)用驅(qū)動(dòng)下的碳化硅行業(yè)
碳化硅功率器件早在20年前已推出，受制于成本及下游擴(kuò)產(chǎn)意愿不足，碳化硅產(chǎn)業(yè)化推進(jìn)緩慢。2018年，特斯拉作為全球第一的造車(chē)新勢(shì)力率先使用全碳化硅方案后，碳化硅器件才開(kāi)始成為市場(chǎng)發(fā)展熱點(diǎn)。未來(lái)5年，汽車(chē)將成為碳化硅市場(chǎng)的主要驅(qū)動(dòng)力。當(dāng)前，全球新能源汽車(chē)市場(chǎng)正在加速發(fā)展，2021年前三季度，中國(guó)新能源汽車(chē)銷(xiāo)量達(dá)215.7萬(wàn)輛，歐洲新能源汽車(chē)銷(xiāo)量達(dá)158.9萬(wàn)輛，美國(guó)新能源汽車(chē)銷(xiāo)量達(dá)42.4萬(wàn)輛，預(yù)計(jì)全球2021年新能源汽車(chē)銷(xiāo)量有望突破600萬(wàn)輛。根據(jù)Yolé預(yù)測(cè)，SiC器件市場(chǎng)將從2019年5億美元增至2025年25億美元以上，復(fù)合增速達(dá)30%：- 其中，新能源汽車(chē)將從2019年2.25億增至2025年15億美元，復(fù)合增速38%，占整個(gè)市場(chǎng)60%。
- 相應(yīng)地，充電設(shè)施市場(chǎng)將快速發(fā)展，增速高達(dá)90%。
- 除汽車(chē)外，第二大應(yīng)用光伏市場(chǎng)將從2019年2.25億美元增加至2025年3.14億美元，復(fù)合增速為17%。此外，軌道交通和電機(jī)驅(qū)動(dòng)等領(lǐng)域也將快速增加。
隨著新能源汽車(chē)不斷滲透，TrendForce預(yù)計(jì)2025年全球系能源汽車(chē)市場(chǎng)對(duì)導(dǎo)電碳化硅襯底需求可達(dá)169萬(wàn)片（按6英寸計(jì)算）。其中，81%將用于主逆變器，15%應(yīng)用于OBC，4%應(yīng)用于DC-DC。產(chǎn)業(yè)鏈價(jià)值量倒掛，產(chǎn)業(yè)碳化硅產(chǎn)業(yè)鏈結(jié)構(gòu)與硅基功率半導(dǎo)體類(lèi)似，主要包含襯底、外延、器件及模塊和應(yīng)用等環(huán)節(jié)。然而，其成本分布與硅基半導(dǎo)體器件不同：- 硅基功率半導(dǎo)體晶圓制造成本占50%，而碳化硅由于晶棒生長(zhǎng)速度慢且技術(shù)難度大，產(chǎn)業(yè)鏈成本集中于上游，價(jià)值量倒掛。
- SiC襯底成本占比46%，外延的成本占比23%，這兩大工序占器件制造成本約70%。因此，襯底供應(yīng)商掌握了碳化硅產(chǎn)業(yè)鏈的核心話語(yǔ)權(quán)。
收購(gòu)與擴(kuò)產(chǎn)并行，上下游廠商不斷向IDM模式發(fā)展：- 目前，全球龍頭企業(yè)Wolfspeed、Rohm、ST都已形成了SiC襯底-外延-器件-模塊垂直供應(yīng)的體系，而Infineon、Bosch、OnSemi等廠商則不斷進(jìn)行并購(gòu)，拓展在上游原材料的布局。Rohm收購(gòu)SiCrystal，布局SiC襯底；
- II-VI收購(gòu)AscatronAB和INNOViONCorporation建立SiC垂直集成平臺(tái)，同時(shí)計(jì)劃建立射頻GaN-on-SiC技術(shù)平臺(tái)；
- ST收購(gòu)Norstel，上游延伸至SiC襯底。在此基礎(chǔ)上，各家開(kāi)始大規(guī)模擴(kuò)產(chǎn)，Wolfspeed在2024年前產(chǎn)能擴(kuò)充30倍；
- Rohm在2024年前產(chǎn)能擴(kuò)充16倍；II-VI計(jì)劃產(chǎn)能擴(kuò)充5-10倍。目前，Wolfspeed、Infineon、Rohm、ST、X-Fab等大廠均已實(shí)現(xiàn)6英寸產(chǎn)線量產(chǎn)。
與終端合作向下延伸，持續(xù)加強(qiáng)產(chǎn)業(yè)鏈話語(yǔ)權(quán)：- Wolfspeed、Rohm、Infineon、ST等一方面向上游延伸，確保供應(yīng)鏈穩(wěn)定；
- 另一方面，通過(guò)與終端應(yīng)用企業(yè)合作，攻克市場(chǎng)驗(yàn)證壁壘，重點(diǎn)鎖定車(chē)規(guī)級(jí)應(yīng)用；
- 例如特斯拉采用ST的SiC功率器件；德國(guó)大陸集團(tuán)子公司VitescoTechnologies將為現(xiàn)代汽車(chē)提供800V碳化硅逆變器；Wolfspeed和Infineon分別與大眾汽車(chē)合作，成為其FAST項(xiàng)目SiC合作伙伴。
市場(chǎng)玩家多樣化，競(jìng)爭(zhēng)格局復(fù)雜。隨著碳化硅用于純電動(dòng)車(chē)趨勢(shì)日益明確，該市場(chǎng)成為了多方廠商的必爭(zhēng)之地。傳統(tǒng)功率半導(dǎo)體廠商是碳化硅器件的最早參與者，但由于下游需求啟動(dòng)慢，業(yè)務(wù)空間尚未打開(kāi)。其次是LED等化合物半導(dǎo)體公司，由于LED材料與SiC均為化合物半導(dǎo)體，在生長(zhǎng)等制造工藝上有相似性，資金壁壘相對(duì)低，碳化硅成為了公司第二增長(zhǎng)曲線的最佳選擇。此外，隨著傳統(tǒng)車(chē)企及Tier1在汽車(chē)電動(dòng)化方面達(dá)成共識(shí)，廠商們紛紛加入碳化硅市場(chǎng)。電動(dòng)汽車(chē)800V架構(gòu)——快充需求增加，電動(dòng)汽車(chē)向800V架構(gòu)過(guò)渡，碳化硅將被大規(guī)模應(yīng)用于OBC。當(dāng)前，電動(dòng)車(chē)在續(xù)航里程方面仍面臨著補(bǔ)能焦慮的問(wèn)題。為提升汽車(chē)充電效率，800V高壓平臺(tái)方案應(yīng)運(yùn)而生。在此技術(shù)方案下，高電壓對(duì)功率器件提出更高要求，碳化硅在該應(yīng)用上優(yōu)勢(shì)明顯。以22kW800V雙向OBC為例，從Si設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)到SiC設(shè)計(jì)，功率器件和柵極驅(qū)動(dòng)的數(shù)量都減少30%以上，開(kāi)關(guān)頻率提高一倍以上，降低了功率轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的組件尺寸、重量和成本，同時(shí)提高了運(yùn)行效率。車(chē)廠紛紛選用800V架構(gòu)，推動(dòng)碳化硅上車(chē)進(jìn)程。比亞迪e平臺(tái)3.0、現(xiàn)代E-GMP、奔馳EVA等都已宣布800V高壓平臺(tái)應(yīng)用；預(yù)計(jì)在未來(lái)三年內(nèi)，基于800V架構(gòu)的新能源汽車(chē)將陸續(xù)量產(chǎn)。目前，碳化硅在OBC、DC/DC上已有多家車(chē)企應(yīng)用，而在主逆變器中量產(chǎn)車(chē)企極少。800V架構(gòu)的引入將促進(jìn)碳化硅器件的滲透，增加市場(chǎng)對(duì)其可靠性的驗(yàn)證，為其在主逆變器的應(yīng)用作鋪墊。進(jìn)入市場(chǎng)正當(dāng)時(shí)2018年，特斯拉率先使用全碳化硅方案后，碳化硅器件才開(kāi)始成為市場(chǎng)發(fā)展熱點(diǎn)。此前，受制于多方面因素，全球碳化硅器件產(chǎn)業(yè)化推進(jìn)速度慢：- 一方面，由于車(chē)規(guī)級(jí)功率器件驗(yàn)證周期長(zhǎng)且成本較高，產(chǎn)品推廣有限；
- 另一方面，除中國(guó)率先進(jìn)入新能源車(chē)領(lǐng)域，傳統(tǒng)汽車(chē)大國(guó)由于在燃油機(jī)、零部件等領(lǐng)域存在巨大優(yōu)勢(shì)而發(fā)展電動(dòng)車(chē)意愿不足，因此全球碳化硅廠商起步時(shí)間早但始終未在下游市場(chǎng)中形成規(guī)模優(yōu)勢(shì)。
不同于全球產(chǎn)業(yè)，我國(guó)在如新能源汽車(chē)、光伏等碳化硅應(yīng)用的主要市場(chǎng)均有一定先發(fā)優(yōu)勢(shì)，市場(chǎng)規(guī)模占比大，需求率先啟動(dòng)，在此基礎(chǔ)上，我國(guó)碳化硅產(chǎn)業(yè)發(fā)展動(dòng)力足。此時(shí)，恰逢國(guó)產(chǎn)替代黃金期，產(chǎn)品驗(yàn)證壁壘及周期相對(duì)降低，制造業(yè)升級(jí)帶來(lái)電動(dòng)化的內(nèi)生增量空間，使得我國(guó)碳化硅器件加速發(fā)展。此外，我國(guó)碳化硅產(chǎn)業(yè)上游擴(kuò)產(chǎn)與器件研發(fā)同步進(jìn)行，相比全球產(chǎn)業(yè)的前期滲透，初創(chuàng)期大大縮短。此外受《瓦森納協(xié)定》的出口管制影響，用于有源相控陣?yán)走_(dá)、毫米波通信設(shè)備等軍事裝備的半絕緣碳化硅襯底國(guó)產(chǎn)化成為剛需?！锻呱{協(xié)定》，是一項(xiàng)由42個(gè)國(guó)家簽署，管制傳統(tǒng)武器及軍商兩用貨品出口的條約。2008年修訂后，該協(xié)定限制了半絕緣碳化硅襯底等材料向中國(guó)等部分國(guó)家進(jìn)行出口。此外，根據(jù)美國(guó)商務(wù)部工業(yè)與安全局（BIS）出口管制清單，碳化硅晶片為限制出口產(chǎn)品，碳化硅襯底國(guó)產(chǎn)化具有必要性。量產(chǎn)技術(shù)參差不齊，國(guó)產(chǎn)目前，我國(guó)宣布投資的碳化硅項(xiàng)目超百個(gè)，形成了產(chǎn)業(yè)過(guò)熱的表象。然而經(jīng)過(guò)對(duì)碳化硅項(xiàng)目逐一梳理及動(dòng)態(tài)跟蹤，我們發(fā)現(xiàn)實(shí)際情況為：項(xiàng)目簽約多動(dòng)工少，實(shí)際投資額遠(yuǎn)低于宣布投資額，研發(fā)多量產(chǎn)少，先進(jìn)6英寸及以上量產(chǎn)比例低，碳化硅器件集中于低端的二極管產(chǎn)品上。縱觀我國(guó)碳化硅產(chǎn)業(yè)鏈，參與公司主要可分為幾大類(lèi)：以三安光電為代表的化合物半導(dǎo)體公司，華潤(rùn)微為代表的功率器件制造公司，斯達(dá)半導(dǎo)為代表的功率器件設(shè)計(jì)公司，中電科及中科鋼研兩大體系，天科合達(dá)、山東天岳、泰科天潤(rùn)等碳化硅公司，以及中車(chē)時(shí)代電氣、比亞迪、華為等終端廠商。國(guó)內(nèi)襯底企業(yè)初露頭角，器件企業(yè)仍屬早期。2020年全球半導(dǎo)體SiC晶片市場(chǎng)中，Wolfspeed出貨量占據(jù)全球60%，從細(xì)分市場(chǎng)看，2020年半絕緣襯底中國(guó)企業(yè)發(fā)展較快，國(guó)內(nèi)頭部企業(yè)市占率逐步提升，山東天岳市占率從2019年18%提升至2020年30%。然而在器件端，目前意法半導(dǎo)體一家獨(dú)大，前幾位均為國(guó)外公司，國(guó)內(nèi)公司尚未形成一定市占率。未來(lái)，我國(guó)碳化硅產(chǎn)業(yè)將呈現(xiàn)兩極分化：- 龍頭企業(yè)進(jìn)入終端供應(yīng)鏈借由中國(guó)市場(chǎng)優(yōu)勢(shì)快速進(jìn)擊，獲得一定市場(chǎng)份額，強(qiáng)者恒強(qiáng)；
- 低端產(chǎn)品以及落后產(chǎn)能公司進(jìn)入激烈價(jià)格戰(zhàn)競(jìng)爭(zhēng)期，大部分出清或被收購(gòu)；
- 正在發(fā)展的產(chǎn)學(xué)研機(jī)構(gòu)在多方支持下持續(xù)推進(jìn)，有望成為下一輪增長(zhǎng)期的有力競(jìng)爭(zhēng)者。
CPU和GPU研究框架合集
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3、ARM行業(yè)研究框架
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6、行業(yè)深度報(bào)告：GPU研究框架
Arm架構(gòu)服務(wù)器的開(kāi)源應(yīng)用
Arm架構(gòu)服務(wù)器和存儲(chǔ)
2021年信創(chuàng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展報(bào)告
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信創(chuàng)研究框架
信創(chuàng)產(chǎn)業(yè)系列專(zhuān)題（總篇）
2021年中國(guó)信創(chuàng)生態(tài)研究報(bào)告
中國(guó)信創(chuàng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展白皮書(shū)（2021）
異構(gòu)芯片研究框架合集
6、深度報(bào)告：NOR存儲(chǔ)芯片研究框架
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