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      華為投資的這個產業,能不能讓中國彎道超車?

      虎嗅APP   |   丸都山、陳伊凡
      2022-12-02 10:00:37

      在一片欣欣向榮的景象之下,國內第三代半導體企業似乎并未真正被市場所接納,海量投資換來的高光時刻似乎并未持續太久。

      如果說華為是對半導體扎根最深、布局最細的企業,應該沒人會有異議。

      華為的哈勃投資,堪稱行業風向標。

      從2019年4月成立哈勃投資至今,這家公司的足跡幾乎涉及半導體行業的每一個環節,第三代半導體,是其重點布局的領域之一。

      11月15日,華為投資的北京天科合達宣布成功研制出“8英寸碳化硅襯底”,這項號稱第三代半導體行業中技術難度最高的襯底產品,此前僅有英飛凌、Wolfspeed、意法半導體等少數公司能夠掌握。

      這是一個鼓舞人心的消息,在美國商務部工業安全局(BIS)宣布對出口管制進行針對性更新后,在第三代半導體領域國產替代方案的出現無疑會為中國的半導體產業注入一針強心劑。

      倘若告訴你小到智能手機,大到超級計算機所使用的芯片都屬于“第一代半導體”的范疇,那么你大概率會驚訝于國內的半導體行業發展水平——“第三代半導體得厲害成什么樣子?”

      但如果把這則消息分享給國際第三代半導體巨頭們,他們可能會一頭霧水,根本不理解什么是第三代半導體。

      因為在國際上并沒有這個概念,所謂的“第三代半導體”的標準名稱是“寬禁帶半導體”。一位業內資深從業者告訴虎嗅,“第三代半導體”當初只是國內為了方便政府招商領導記住所創造出的名詞。

      “第三代半導體與一、二代半導體之間不存在迭代關系,其應用場景也完全無法與第一代半導體相提并論?!边@位從業者表示。

      當然,這并不代表第三代半導體沒有發展前景。實際上,第三代半導體如今已經出現較之前龐大的市場需求,尤其是在新能源汽車行業爆發后。

      只不過在這個名字之下,許多人認為它能夠解決中國芯片行業被“卡脖子”的問題,甚至被視為中國彎道超車的機會,因為第三代半導體并不需要使用先進制程——以此可以擺脫美國政府的單邊制裁。

      但這個令資本、地方政府趨之若鶩的第三代半導體真能幫助中國芯片產業實現“彎道超車”嗎?

      一個被“誤解”的名字

      在回答這個問題之前,我們還需厘清下,國內對于半導體“迭代”究竟是如何定義的。

      首先需要明確一個概念,所謂幾代半導體,是以襯底材料作為區分標準。我們日常生活中接觸到形態各異的芯片,是由晶圓切割后封裝而成,而晶圓制備包括襯底、外延兩大工藝環節,可以簡單地理解成襯底是加工一切芯片的基礎。

      傳統意義上,硅基半導體被視為第一代半導體,目前人類社會中95%以上的芯片使用的材料仍然是單晶硅,由于材料價格便宜,且產業鏈十分成熟,短期內硅基半導體的占比不會發生太大變化。

      第二代半導體則是由砷化鎵、磷化銦材料為代表,這類化合物半導體具有高頻、抗輻射等特性,因此被應用在國防、航空航天、衛星通訊等領域。

      至于本文提到的第三代半導體,其標準名稱應該為“寬禁帶半導體”,這類材料以碳化硅、氮化鎵為代表,具有更高的禁帶寬度,適用于高溫、高壓、高功率場景。相比于單晶硅的便宜價格,第三代半導體使用的襯底價格昂貴,甚至會占到成本的將近70%。

      禁帶寬度是決定“耐受高壓、通態電阻、導熱性能、耐高溫、耐輻射”等性能的因素。在新能源汽車行業出現之前,第三代半導體的主要應用場景集中在5G基站、高鐵、光伏逆變器等領域。

      它最大的優勢在于節能,公開信息顯示,高鐵上應用第三代半導體器件,能夠在減少動力系統體積的同時節能20%;在光伏逆變器領域,可以降低25%以上的光電轉換損失;智能電網領域能夠提高40%以上供電效率并降低60%的電力損失。

      如果這么看,第三代半導體似乎和我們日常生活并沒有過多關聯。

      的確,除了新能源汽車,在大多數情況下,第三代半導體的應用場景很難被人感知。而就目前來看,第三代半導體也完全不具備取代硅基半導體的能力。

      以我們每天都會使用的智能手機為例,它的核心是處理器芯片及協處理器芯片,在分類上都屬于邏輯芯片,顧名思義,就是負責運算和邏輯判斷的芯片,這類芯片對于制程工藝的要求很高,比如我們經常能聽見的“5nm芯片”“7nm芯片”等。

      但就第三代半導體的發展情況來看,絕大部分還停留在“微米級”的制程工藝,而且它的特性更適合做功率器件,即電子裝置中,電能轉換與電路控制的核心,比如最簡單的二極管。

      “第三代半導體根本不適合做邏輯芯片?!碧蓟栊袠I公司綠能芯創董事長廖啟泊告訴虎嗅,“碳化硅、氮化鎵不會取代硅基,各有各的特性?!?/p>

      因此,所謂靠第三代半導體解決先進制程被“卡脖子”的問題完全是無稽之談,也并不是彎道超車的機會。

      但這是否意味著第三代半導體全無用武之地呢?

      當然不是,由于第三代半導體材料具有耐高溫且導熱性能良好的特性,它被視為新能源汽車上功率器件的最佳替代品。

      特斯拉是這個應用上,“第一個吃螃蟹”的企業。

      中信證券曾在拆解特斯拉Model 3的研報中提到,Model 3采用48顆SiC MOSFET替代了84顆IGBT(絕緣柵雙極型晶體管),使體積、功耗大幅減小,為全車增加了續航里程。

      這一里程碑式的創新迅速在新能源廠商中傳播,一把火點燃了中國的第三代半導體行業。

      “特斯拉助推了中國第三代半導體在新能源汽車上的發展?!币晃辉趪鴥群蛧鈴氖露嗄臧雽w投資的投資人表示。

      資本涌入,遍地開花

      “在2019年之前,國內第三代半導體產業并不存在投資過熱的問題,甚至可以說是非常慘?!币晃坏谌雽w創業者表示。

      實際上,中國對于第三代半導體材料的探索并不算晚。國際上,最早的商品碳化硅器件誕生于90年代。前述投資人表示,幾十年前,他在國外一家頭部半導體設備廠商工作時,他們就已經在看第三代半導體的項目了,彼時不投,是因為這個市場太小。這一點,在天岳先進的故事中得到了印證。

      21世紀初,山東大學晶體研究所的蔣民華院士就組建了碳化硅課題組開始攻關,并成功研制出碳化硅材料所需要的單晶爐,并掌握了碳化硅的加工技術,實現了從單晶生長爐制造、單晶生長、襯底加工和應用的全部國產化試驗。

      2011年5月,蔣民華院士逝世,由于碳化硅半導體此時并沒有成熟的市場作為支撐,鮮有企業愿意承接這一項目,課題也因此一度中斷。此時,從事工程器械的宗艷民得知這一項目后,果斷購買了山東大學碳化硅材料技術,成立了山東天岳先進科技股份有限公司,開始碳化硅材料技術的產業化研發。

      幾乎在同一時間,北京泰科天潤半導體也開始第三代半導體的研制,并在次年開始產線建設工作。

      此時國內的第三代半導體產業最顯著的特點是,幾乎完全是民間資本在驅動,官方少有介入。

      很大程度上,正如前文所提到的,地方政府對于“碳化硅”“氮化鎵”這些概念太過于陌生,這驅使當時的創業者們為“寬禁帶半導體”換上了“第三代半導體”這個存在歧義,但卻通俗易懂的名字。

      2016年,勢單力薄的創業者們迎來了第一縷曙光。國務院國家新產業發展小組將第三半導體產業列為發展重點,國內企業擴大第三半導體研發項目投資,行業正式進入快速發展期?;⑿岣鶕_資料統計,2016年上馬的第三代半導體項目有11個,平均投資金額上億元。

      企業時間項目名稱投資額(萬元)
      江蘇華功半導體有限公司2016年1月年產硅基氮化鎵外延片24萬片項目119000
      河北普興電子科技股份有限公司2016年1月碳化硅外延產業化項目5000
      廈門瀚天天成2016年3月六英寸碳化硅外延生產線項目130000
      山東科恒晶體材料科技有限公司2016年7月年產12000片2英寸氮化鎵單晶基片項目10318
      青海矽珂電子科技有限公司2016年8月第三代半導體碳化硅材料產業化項目22600
      北京世紀金光半導體有限公司2016年8月寬禁帶半導體功能材料與功率器件產業化項目98600
      北京國聯萬眾半導體科技有限公司2016年8月第三代半導體材料及應用聯合創新基地9000
      南方半導體科技有限公司2016年9月第三代半導體產業南方基地200000
      江西德義半導體科技有限公司2016年11月年產600萬片新型半導體材料項目300000
      廈門芯光潤澤科技有限公司2016年12月碳化硅功率模塊研發及產業化項目200000
      廈門華天恒芯2016年12月碳化硅生產線項目150000

      2016年國內部分第三代半導體項目列表,單位(萬元)

      而特斯拉Model 3的發布,也為其他新能源車廠指明了方向:原來第三代半導體是這么用的。Model3上,特斯拉把全部硅基功率器件改用碳化硅器件。

      “在特斯拉之前沒有車廠想到用碳化硅來做替代?!绷螁⒉聪蚧⑿岜硎?,盡管將全車的硅基功率器件換為碳化硅器件,成本上要貴300美元左右,但使用碳化硅器件后可以簡化水冷系統,在整車的總成本上反而會降低。對車廠來說是一樁更劃算的生意。

      最重要的是,沒有一家車廠能夠拒絕續航里程增加5%-10%的誘惑。

      有了官方背書和增量市場,此時的國內第三代半導體產業實際上已經完成了從“導入期”到“成長期”的過渡,萬事俱備只欠產業資本注入。

      這項工作由華為挑起了大梁。2019年8月,山東天岳先進的首份融資名單中,華為旗下的哈勃投資名字赫然在列,站在當時的視角,彼時的華為正在醞釀一個龐大的造車計劃。

      為了不再重蹈海思的覆轍,華為選擇從源頭培育供應鏈。在隨后18個月,哈勃投資陸續注資7家第三代半導體公司,其中既包括天岳先進這樣的襯底片公司,也包括從事外延片生產的天域半導體,以及提供第三代半導體相關設備的蘇州晶拓。

      被投企業參與輪次披露時間被投企業相關業務
      山東天岳先進股份有限公司A輪2019年8月碳化硅襯底材料
      北京天科合達半導體股份有限公司定向增發2019年10月碳化硅晶片
      蘇州東微半導體股份有限公司戰略融資2020年7月碳化硅功率器件
      瀚天天成電子科技(廈門)有限公司D 輪2020年12月碳化硅外延片
      廣東天域半導體股份有限公司戰略融資2021年7月碳化硅外延片
      蘇州晶拓半導體科技有限公司戰略融資2021年12月第三代半導體設備
      北京特思迪半導體設備有限公司Pre-A輪2022年2月第三代半導體設備

      哈勃投資參與的第三代半導體產業投融資事件

      華為帶給天岳先進的影響是立竿見影的。在華為融資之前,天岳先進的估值為10億元,而在短短一年后,這家公司的估值飆升至100.95億元。

      更大的影響則是華為加快了整個行業的投資進度。第三方調研機構CASA Research的統計顯示,在2018年中國大陸共發生4起圍繞第三代半導體的投資,涉及金融60億,而到了2019年共有14起投資事件,涉及金額達220.8億元。

      也是在這一時期,國內新能源車廠開始效仿特斯拉,將第三代半導體器件用于新車。2020年,比亞迪漢EV車型下線,該車搭載了碳化硅 MOSFET模塊,加速性能與續航顯著提升;2021年,比亞迪唐EV加入碳化硅電控系統;2021年4月,蔚來ET7搭載具備碳化硅功率模塊的第二代高效電驅平臺。

      由此,第三代半導體產業迎來真正的市場爆發階段。根據《2020“新基建”風口下第三代半導體應用發展與投資價值白皮書》內容,2019年我國第三代半導體市場規模為94.15億元,預計2025年市場規模將達到623.42億元。

      地方政府更是大刀闊斧引進第三代半導體項目,遍地開花。根據第三方分析機構芯謀研究的文章分析,2020年,我國各地方發布的第三代半導體相關政策就有數十條,覆蓋了超十個?。ê陛犑校?。

      不過,在一片欣欣向榮的景象之下,國內第三代半導體企業似乎并未真正被市場所接納,海量投資換來的高光時刻似乎并未持續太久。

      瘋狂過后的一地雞毛

      “哈勃投資曾主動考察過我們的項目,但這些項目還處于立項階段,我們都不知道該怎么和哈勃的人講?!币晃粯I內人士向虎嗅表示,2021年哈勃投資在全國范圍內搜集第三代半導體項目,讓許多硅基半導體企業也開始謀劃上馬碳化硅或是氮化鎵項目。

      但是,華為對于第三代半導體的熱忱在2022年年初戛然而止。

      2022年2月,哈勃投資入股特迪斯半導體,后者主要從事化合物半導體設備的研發與制造,而在此之后華為至今再未染指第三代半導體行業。

      一位從事半導體行業研究人士向虎嗅表示,現階段國內第三代半導體產業的發展水平可能還無法滿足華為造車的需求,因此華為暫時停止了對產業的投資。

      這里我們可以拿比亞迪數據作為參考,在今年6月的一份交流紀要中,比亞迪披露了目前公司碳化硅器件的采購情況:在主要應用于車載OBC(充電機)的大功率單管產品中,比亞迪經臺灣漢磊代工,自供率實現65%-70%,余下由深圳埃斯科等廠商采購。

      在碳化硅模塊芯片的采購上,70%來自博世,20%來自意法半導體,少數來自科銳(更名前的Wolfspeed),而國內廠商無一家入選。

      原因在于,目前碳化硅器件的成本端國外更有優勢。比亞迪方面表示,科銳等市占率領先的大廠在良率上可以實現75%以上,國內的良率55%-60%左右?;⑿峋瓦@一數字向業內人士求證,對方表示“理想狀態下能夠達到50%的良率,而且只有少部分國內廠商的產品能夠滿足車規級的穩定性要求”。

      云岫資本合伙人兼首席技術官趙占祥表示,因為在第三代半導體上很多制造、器件、封裝、材料等工藝還沒有大規模使用,還有許多不成熟的地方,其次是在具體的市場應用上,還沒有各種細分市場中廣泛使用,生產工藝和市場應用上還需要花很多時間把他們做穩定。

      第三代半導體屬于偏工藝端的產業,從設計難度來說,技術含量不高,難在工藝上。

      由于第三代半導體的材質較為特殊,以碳化硅為例,它的莫氏硬度(一種礦物硬度標準)可以達到9.5級,僅次于金剛石(10級),加工難度比硅基半導體要難得多。

      廖啟泊向虎嗅表示,在碳化硅產業的芯片端,盡管有六七成的工藝流程與硅基半導體相同,但核心工序的加工條件完全不同:比如硅基芯片可以在常溫狀態下完成離子注入,碳化硅材料在這道工序上需要高溫。

      而且,材料的硬度與脆性往往是呈正相關的,碳化硅材料極高的硬度也讓其在加工過程中存在碎片、卷曲的風險,因此在良率上遠不及硅基半導體。 

      顯然,硅基半導體產業的制造經驗很難直接套用在第三代半導體產業上,但國外在該領域商品化起步較早,因此在良率及成本上控制較好。

      此外,國外的行業巨頭們目前都掌握了一定的準入門檻:如意法半導體的應用經驗與封裝,Wolfspeed的8英寸產品開發能力,英飛凌和羅姆的設計能力,還有安森美的垂直整合。短時間內,國內半導體公司還很難與海外巨頭相競爭。

      第三方研究機構Yole的統計數據顯示,在2021年,上述五家企業已經掌握全球88%的碳化硅市場份額。在氮化鎵行業中,市場也基本被富士、東芝、飛利浦等國外廠商所主導。

      而在技術與工藝的差距之外,國內對于第三代半導體應用端的開發也較為滯后。

      “特斯拉Model 3改用全車碳化硅讓中國的車企有了一個借鑒的起點,類似這種應用端的創新國內是需要補足的?!绷螁⒉聪蚧⑿岜硎?,包括碳化硅在內的第三代半導體產業,其實在國內有很大的增量市場。

      以光伏逆變器產業為例,中國擁有全球最大的三家光伏逆變器企業:陽光電源、華為智能光伏、錦浪科技,近年來這些企業正逐步將硅基IGBT換為能量傳導效率更高的碳化硅器件,另據第三方產業研究機構前瞻產業研究院的統計,僅國內的光伏逆變器市場,目前的產業規模就高達460億元。

      如果未來國內第三代半導體的應用端能夠打開市場,那么即使技術不及國外巨頭,但至少在成本上一定會有所降低。一位資深從業人士向虎嗅透露,在半導體行業中,通常情況下,如果產能提高一倍,成本至少能夠下降18%。

      不過,就目前來看,行業內針對第三代半導體的投資已經有收緊的勢頭。一位業內人士說,他觀察到,今年和他接觸的地方政府已經不怎么簽大型的半導體項目了,反而開始關注一些光伏之類的項目。

      而多位投資人和業內人士都向虎嗅證實,盡管第三代半導體在前兩年遍地開花,成為地方政府眼中的香餑餑,但真正做起來的項目寥寥?!八麄儗ν庑Q金額總是很大?!币晃粯I內人士表示。

      另外,一些項目立項之后,往往由于各種原因中途夭折,例如對材料的掌握遠遠不足、對工藝的把握遠遠不夠,等等,還有更關鍵的問題就是買不到設備。

      一位業內人士向虎嗅透露,第三代半導體在芯片端的設備以二手的六寸線設備為主,其中部分核心設備,如注入機、光刻機、刻蝕機、濺射臺等,目前國內還不具備成熟的解決方案,而上述設備在國外也因產線升級而早早停產,因此無論是硅基半導體,還是第三代半導體,只要是六英寸規格的設備,都需要在二手市場中淘換。

      與此同時,過去幾年國內硅基半導體相關產能的數輪擴張,已經讓二手市場的六寸線設備所剩無幾,給第三代半導體行業的投建造成了阻礙。

      寫在最后

      由于硅基半導體與第三代半導體互補的特性,因此“借助第三代半導體幫助國內半導體產業彎道超車”的說法恐難成立。

      至于國內相關企業能否在這一賽道中實現“異軍突起”,不可否認的是,新能源相關行業的出現給第三代半導體產業創造了崛起的條件,哈勃投資等產業基金的強勢進場緊接著又助推了一把,但無論是產業規模還是核心競爭力,都與國外巨頭相比仍有不小的差距。

      不僅如此,多位業內人士都向虎嗅表達了一個觀點,許多在第三代半導體上耕耘的公司,市場集中度很高,核心還是在材料和工藝,沒有人愿意把核心的工藝配方變成標準,交給代工廠。因此,很多時候,第三代半導體行業的頭部效應尤為明顯,且基本都是IDM的模式為主,留給創業公司的空間并不大。但業內人士同時表示,在一些特殊工藝或是器件上,還是會有一些能力很強的小公司,能夠找到生存的機會。

      但不管怎么樣,“現在投資行業把第三代半導體這個東西炒得太熱了,很多創業企業的估值并不合理?!币晃毁Y深半導體投資人認為,第三代半導體產業爆發的拐點可能比較接近,但遠沒到實現的時候。

      這位投資人告訴虎嗅,半導體行業并不是一個能夠“大力出奇跡”的行業,相較于動輒幾百億的投資,第三代半導體產業更需要的是,用時間去解決產品與技術的難題。


      網站編輯: 郭靖

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