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化合物半導(dǎo)體因其在射頻電子和電力電子方面的優(yōu)良性能,以及在5G通信和新能源汽車等新興市場的應(yīng)用價(jià)值,被認(rèn)為是半導(dǎo)體行業(yè)的重要發(fā)展方向。在國內(nèi)發(fā)展集成電路的背景下,化合物半導(dǎo)體受到地方政府和產(chǎn)業(yè)資本的熱捧。投資“熱潮”之下,需要重新思考我國發(fā)展化合物半導(dǎo)體的機(jī)遇、挑戰(zhàn)和路徑。
全球化合物半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展形勢
(一)國際龍頭企業(yè)加速布局
一是并購布局。2014—2016年,全球最大的電力電子器件企業(yè)德國英飛凌(Infineon)公司為鞏固化合物半導(dǎo)體領(lǐng)域優(yōu)勢,2次發(fā)起對美國公司的收購,1次成功,1次失敗。其中收購IR公司成功,收購Cree旗下Wolfspeed公司失敗,原因是美國政府認(rèn)為收購危害國家安全。二是市場布局。領(lǐng)先企業(yè)陸續(xù)推出SiC器件產(chǎn)品和電源解決方案。Infineon推出了CoolSiC和CoolGaN系列產(chǎn)品,Cree發(fā)布了首個滿足車規(guī)標(biāo)準(zhǔn)AEC-Q101的E系列SiC MOSFET產(chǎn)品,ST、ROHM、On Semi均在高端應(yīng)用方案中使用SiC器件。三是產(chǎn)能布局。Infineon、ST、Cree、ROHM等龍頭企業(yè)陸續(xù)開始使用6英寸生產(chǎn)線制造SiC器件,提升產(chǎn)能,鞏固市場地位。全球最大的GaAs制造企業(yè)臺灣穩(wěn)懋公司也開始了新一輪投資擴(kuò)產(chǎn)計(jì)劃。
(二)部分產(chǎn)品開始批量應(yīng)用
化合物半導(dǎo)體最早應(yīng)用于消費(fèi)應(yīng)用市場,包括3G和4G手機(jī)的功率放大器(PA)和LED照明,技術(shù)方向明確,產(chǎn)業(yè)格局清晰,市場應(yīng)用成熟。在行業(yè)應(yīng)用市場,近年來,化合物半導(dǎo)體的產(chǎn)品和方案開始陸續(xù)被應(yīng)用企業(yè)采納,尤其在通信基站和新能源汽車市場開始批量應(yīng)用。在通信基站市場,日本住友電工公司制造的GaN功率放大器已在華為公司新建的基站上批量應(yīng)用。在新能源汽車市場,ST公司的SiC功率模組已經(jīng)應(yīng)用于特斯拉(Tesla)的Model 3電動車中。
(三)產(chǎn)業(yè)模式出現(xiàn)分工合作
化合物半導(dǎo)體領(lǐng)域的企業(yè)多以IDM模式為主。在SiC電力電子器件領(lǐng)域,Wolfspeed公司的業(yè)務(wù)從SiC襯底延伸至SiC模組。在GaN領(lǐng)域,美國Qorvo、日本住友電工、中國蘇州能訊等均以IDM模式運(yùn)營。近年來隨著產(chǎn)品和市場的多樣化,開始呈現(xiàn)設(shè)計(jì)業(yè)與制造業(yè)分工的合作模式。尤其在GaN電力電子器件市場,由于臺灣的臺積電公司和世界先進(jìn)公司開放了代工產(chǎn)能,美國Transphorm、EPC、Navitas、加拿大GaN Systems等設(shè)計(jì)企業(yè)開始涌現(xiàn)。2017年,全球前三大的GaAs射頻器件企業(yè)——美國Broadcom公司宣布完全剝離GaAs制造業(yè)務(wù),將業(yè)務(wù)出售給代工合作伙伴穩(wěn)懋公司,專注GaAs射頻器件的設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)。
我國發(fā)展化合物半導(dǎo)體的機(jī)遇和優(yōu)勢
(一)“超越摩爾定律”成為發(fā)展新動能
由于集成電路制造工藝節(jié)點(diǎn)的更新難度越來越大,技術(shù)研發(fā)費(fèi)用劇增,50多年來驅(qū)動半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)高速發(fā)展的“摩爾定律”演進(jìn)速度顯著放緩。能夠承受先進(jìn)制造工藝開發(fā)和投資費(fèi)用的企業(yè)和客戶越來越少,應(yīng)用場景也集中在高性能計(jì)算和通信等有限的領(lǐng)域。然而隨著智能化改造和物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的不斷推進(jìn),萬物智能、萬物互聯(lián)為行業(yè)發(fā)展帶來新機(jī)遇,“超越摩爾定律”成為發(fā)展新動能。由此帶來對集成電路特色制造工藝和產(chǎn)品的旺盛需求。近一年來,MCU和MOSFET等產(chǎn)品缺貨和8英寸生產(chǎn)線產(chǎn)能緊缺印證了這一趨勢?;衔锇雽?dǎo)體由于性能優(yōu)勢,特別適合于制造射頻器件、光電子器件、電力電子器件,是“超摩爾”領(lǐng)域的重要發(fā)展方向。
(二)中國是全球最大的應(yīng)用市場
中國是全球最大的移動通信市場,已建成全球最大的4G通信網(wǎng)絡(luò),基站數(shù)量超過200萬,并計(jì)劃在2019年開始啟用5G通信。華為和中興分別是全球第一大和第四大基站供應(yīng)商。華為、OPPO、小米、vivo是全球前六大的智能手機(jī)企業(yè),每年出貨量近5億部。我國是全球最大的新能源汽車市場。2017年,國內(nèi)新能源汽車產(chǎn)銷分別達(dá)到79.4萬輛77.7萬輛,同比增長53.8%和53.3%。比亞迪、北汽、上汽、吉利、蔚來等在新能源汽車領(lǐng)域開始發(fā)力,比亞迪和北汽的兩款車型包攬了2017年全球新能源汽車銷量的前2名。
(三)高校和研究機(jī)構(gòu)具備技術(shù)積累
清華大學(xué)、北京大學(xué)、南京大學(xué)、山東大學(xué)、西安電子科技大學(xué)等高校、中科院和中國電子科技集團(tuán)下屬的研究所在化合物半導(dǎo)體領(lǐng)域已耕耘超過20年,并通過技術(shù)轉(zhuǎn)化和合作成立了中鎵半導(dǎo)體、蘇州納維、山東天岳、天科合達(dá)、保定同光、東莞天域、華功半導(dǎo)體等企業(yè)。隨著化合物半導(dǎo)體在5G、物聯(lián)網(wǎng)、能源、國防軍工等領(lǐng)域發(fā)展不斷加速,人才和技術(shù)需求增加,我國科研機(jī)構(gòu)的人才和技術(shù)儲備優(yōu)勢將愈發(fā)顯著。
(四)國家和地方產(chǎn)業(yè)政策支持
工業(yè)和信息化部、國家發(fā)展改革委發(fā)布的《信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展指南》將“第三代化合物半導(dǎo)體”列為集成電路產(chǎn)業(yè)的發(fā)展重點(diǎn)??萍疾繉⒌谌雽?dǎo)體列入國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃“戰(zhàn)略性先進(jìn)電子材料”重點(diǎn)專項(xiàng)。2018年國務(wù)院政府工作報(bào)告中明確將新能源汽車和第五代移動通信2個化合物半導(dǎo)體最重要的應(yīng)用市場作為加快制造強(qiáng)國建設(shè)的重點(diǎn)。地方政策方面,北京、深圳、成都、廈門、泉州、蕪湖等均已發(fā)布或正在研究推動化合物半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展的扶持政策。
國內(nèi)產(chǎn)業(yè)發(fā)展面臨挑戰(zhàn)和困難
(一)國際技術(shù)封鎖
化合物半導(dǎo)體可用于軍用雷達(dá),是有源相控陣?yán)走_(dá)的關(guān)鍵元器件,因而受到國際上《瓦森納安排》的出口管制。中國資本在該領(lǐng)域的國際并購頻頻被否決,包括收購Aixtron、Lumileds、GCS等。2018年8月1日,美國商務(wù)部公布新增的44家中國出口管制企業(yè)名單,限制美國的技術(shù)向其出口和轉(zhuǎn)移。名單中的中電科13所和55所是國內(nèi)技術(shù)領(lǐng)先的化合物半導(dǎo)體研究機(jī)構(gòu)。
(二)市場推進(jìn)困難
集成電路是資源全球配置的產(chǎn)業(yè),在國際政治環(huán)境允許的情況下,國內(nèi)的整機(jī)應(yīng)用企業(yè)會優(yōu)先采購全球領(lǐng)先的化合物半導(dǎo)體供應(yīng)商的產(chǎn)品,以保持整機(jī)產(chǎn)品在全球市場的競爭力。國內(nèi)的化合物半導(dǎo)體企業(yè)面臨著在行業(yè)市場和消費(fèi)市場兩面碰壁的困難。在行業(yè)市場,需要器件企業(yè)與整機(jī)企業(yè)形成長期穩(wěn)定的合作,共同提升產(chǎn)品的可靠性和穩(wěn)定性;在消費(fèi)市場,需要器件企業(yè)具備規(guī)模產(chǎn)能和出色的成本管理能力。這對于國內(nèi)的化合物半導(dǎo)體企業(yè)來說,不論是技術(shù)上還是管理上,任務(wù)都非常艱巨。
(三)項(xiàng)目投資盲目
集成電路作為中央政府鼓勵支持的產(chǎn)業(yè),受到了地方政府的高度重視。起步早、實(shí)力強(qiáng)的重點(diǎn)城市已搶先布局了12英寸代工生產(chǎn)線項(xiàng)目和存儲器制造項(xiàng)目,投資規(guī)??蛇_(dá)上千億元。起步晚、實(shí)力弱的城市在選擇產(chǎn)業(yè)發(fā)展方向時(shí),大多瞄準(zhǔn)了投資規(guī)模小、市場前景好、具備“彎道超車”機(jī)會的化合物半導(dǎo)體。然而由于這些城市在集成電路產(chǎn)業(yè)缺乏專業(yè)認(rèn)識和發(fā)展經(jīng)驗(yàn),招商引資時(shí)信息嚴(yán)重不對稱,對化合物半導(dǎo)體的市場定位和發(fā)展前景的判斷不夠準(zhǔn)確,扶持政策缺乏可持續(xù)性和精準(zhǔn)性。尤其是近年來,境外的所謂“科技人才”打著化合物半導(dǎo)體“全面替代硅”的旗號,組建“臨時(shí)拼湊”的技術(shù)團(tuán)隊(duì),懷揣“空手套白狼”的僥幸心理,“游走”國內(nèi)多個城市,“忽悠”地方政府。
發(fā)展路徑的三點(diǎn)思考
(一)市場定位:行業(yè)市場還是消費(fèi)市場?化合物半導(dǎo)體有行業(yè)市場和消費(fèi)市場之分。從我國產(chǎn)業(yè)目前的發(fā)展階段來看,化合物半導(dǎo)體在基站和汽車等行業(yè)市場取得市場突破的機(jī)會更大。一方面是因?yàn)檫@些市場均為新興應(yīng)用市場,市場格局尚未固化,是中國企業(yè)的發(fā)展機(jī)會。另一方面是國內(nèi)的研究機(jī)構(gòu)在這一市場所用的GaN和SiC器件領(lǐng)域有一定的技術(shù)積累,與龍頭企業(yè)的技術(shù)差距相對較小。
對于智能手機(jī)等消費(fèi)市場,一方面,GaAs器件的產(chǎn)業(yè)格局已非常清晰。美國的高通、Skyworks、Qorvo、Broadcom四家企業(yè)占據(jù)全球智能手機(jī)GaAs功率放大器市場的90%以上。這4家企業(yè)均委托我國臺灣的穩(wěn)懋和宏捷科2家企業(yè)代工生產(chǎn),合作關(guān)系牢固,難以在短期內(nèi)打破。另一方面,GaAs器件制造技術(shù)已非常成熟,成本控制非常嚴(yán)格,穩(wěn)懋在技術(shù)水平和生產(chǎn)管理方面的優(yōu)勢非常顯著。且隨著手機(jī)出貨量增速放緩,這一市場的增長空間有限。建議我國化合物半導(dǎo)體企業(yè)在智能手機(jī)市場應(yīng)結(jié)合我國的整機(jī)市場優(yōu)勢,關(guān)注器件設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)和VCSEL等新興產(chǎn)品方向。
(二)產(chǎn)業(yè)模式:IDM還是代工?化合物半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)存在著兩種發(fā)展模式,一是代工模式,以GaAs行業(yè)最為明顯。如上所述,高通等設(shè)計(jì)企業(yè)已經(jīng)與穩(wěn)懋等制造企業(yè)形成了長期的合作關(guān)系。二是IDM模式,如GaN射頻和SiC電力電子器件。產(chǎn)品主要面向行業(yè)市場,包括基站、高鐵、工業(yè)電源、新能源汽車等。這些市場的集成電路供應(yīng)商大多是IDM企業(yè),如Infineon和德州儀器等?;衔锇雽?dǎo)體也不例外,如Cree、ROHM、ST等都是IDM企業(yè)。
可以看出,采用代工還是IDM,主要與產(chǎn)品面向的市場有關(guān)。若面向智能手機(jī)這樣的消費(fèi)市場,產(chǎn)品公司專注設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)可以更好地對接整機(jī)企業(yè)需求,代工制造服務(wù)公司可以專注提升產(chǎn)品制造技術(shù)和發(fā)揮規(guī)模生產(chǎn)優(yōu)勢,每年14億部的手機(jī)出貨量也可以支撐足夠的市場和利潤空間,供設(shè)計(jì)企業(yè)和制造企業(yè)分享。若面向基站和汽車等行業(yè)市場,產(chǎn)品偏向定制化,更新?lián)Q代周期長,產(chǎn)品性能的可靠性和穩(wěn)定性要求更高,技術(shù)難度大。加之市場空間較小,難以有足夠的利潤空間供設(shè)計(jì)企業(yè)和制造企業(yè)分享,采用IDM模式更能保證產(chǎn)品性能和利潤。
綜上所述,建議努力培育具有市場競爭力的IDM企業(yè)。面向5G通信基站、新能源汽車和工業(yè)電源等行業(yè)市場,建議培育GaN和SiC領(lǐng)域的IDM龍頭企業(yè)。在智能手機(jī)等消費(fèi)市場,建議推動國內(nèi)的設(shè)計(jì)企業(yè)和制造企業(yè)深度合作,探索虛擬IDM發(fā)展模式。
(三)產(chǎn)業(yè)需要哪些“助推器”?一是中試研發(fā)平臺?;衔锇雽?dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈上下游的協(xié)同還不強(qiáng),需要一個能串聯(lián)上下游的中試研發(fā)平臺,定位技術(shù)開發(fā)-轉(zhuǎn)移擴(kuò)散-首批次應(yīng)用,協(xié)同牽引上游襯底、外延片、MOCVD設(shè)備等環(huán)節(jié)技術(shù)能力提升。
二是試用驗(yàn)證平臺。國內(nèi)化合物半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)已具備基礎(chǔ)的技術(shù)積累,正處于應(yīng)用的前期。此階段最需要整機(jī)企業(yè)試用和驗(yàn)證本土器件產(chǎn)品。應(yīng)發(fā)揮政府的組織協(xié)調(diào)優(yōu)勢,搭建試用驗(yàn)證平臺。通過模擬真實(shí)應(yīng)用環(huán)境,不斷試錯、發(fā)現(xiàn)和解決問題,提升國內(nèi)器件企業(yè)市場競爭力。
三是耐心型產(chǎn)業(yè)基金。相比集成電路項(xiàng)目,化合物半導(dǎo)體的投資量較小,但是產(chǎn)業(yè)發(fā)展面臨的市場風(fēng)險(xiǎn)相比存儲器等集成電路更大,需要能承擔(dān)更大風(fēng)險(xiǎn)的耐心型產(chǎn)業(yè)投資基金。
四是投資指導(dǎo)窗口。通過指導(dǎo)窗口,為地方政府對接專業(yè)的產(chǎn)業(yè)發(fā)展咨詢機(jī)構(gòu)。在項(xiàng)目投資決策前,地方政府委托中立的咨詢機(jī)構(gòu)對產(chǎn)品市場方向、技術(shù)團(tuán)隊(duì)能力、投資經(jīng)費(fèi)等進(jìn)行評估,在項(xiàng)目落地前解決信息不對稱問題,避免不符合地方發(fā)展需求和實(shí)際情況的項(xiàng)目盲目落地。
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