投資熱潮涌動 化合物半導體業如何把握窗口期

朱邵歆

化合物半導體因其在射頻電子和電力電子方面的優良性能，以及在5G通信和新能源汽車等新興市場的應用價值，被認為是半導體行業的重要發展方向。在國內發展集成電路的背景下，化合物半導體受到地方政府和產業資本的熱捧。投資“熱潮”之下，需要重新思考我國發展化合物半導體的機遇、挑戰和路徑。

全球化合物半導體產業發展形勢

國際龍頭企業加速布局。一是并購布局。2014—2016年，全球最大的電力電子器件企業德國英飛凌（Infineon）公司為鞏固化合物半導體領域優勢，兩次發起對美國公司的收購，一次成功，一次失敗。其中收購IR公司成功，收購Cree旗下Wolfspeed公司失敗，原因是美國政府認為收購危害國家安全。二是市場布局。領先企業陸續推出SiC器件產品和電源解決方案。Infineon推出了CoolSiC和CoolGaN系列產品，Cree發布了首個滿足車規標準AEC-Q101的E系列SiC MOSFET產品，ST、ROHM、On Semi均在高端應用方案中使用SiC器件。三是產能布局。Infineon、ST、Cree、ROHM等龍頭企業陸續開始使用6英寸生產線制造SiC器件，提升產能，鞏固市場地位。全球最大的GaAs制造企業中國臺灣穩懋公司也開始了新一輪投資擴產計劃。

部分產品開始批量應用。化合物半導體最早應用于消費應用市場，包括3G和4G手機的功率放大器（PA）和LED照明，技術方向明確，產業格局清晰，市場應用成熟。在行業應用市場，近年來，化合物半導體的產品和方案開始陸續被應用企業采納，尤其在通信基站和新能源汽車市場開始批量應用。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用。在新能源汽車市場，ST公司的SiC功率模組已經應用于特斯拉（Tesla）的Model 3電動車中。

產業模式出現分工合作。化合物半導體領域的企業多以IDM模式為主。在SiC電力電子器件領域，Wolfspeed公司的業務從SiC襯底延伸至SiC模組。在GaN領域，美國Qorvo、日本住友電工、中國蘇州能訊等均以IDM模式運營。近年來隨著產品和市場的多樣化，開始呈現設計業與制造業分工的合作模式。尤其在GaN電力電子器件市場，由于中國臺灣的臺積電公司和世界先進公司開放了代工產能，美國Transphorm、EPC、Navitas、加拿大GaN Systems等設計企業開始涌現。2017年，全球前三大的GaAs射頻器件企業——美國Broadcom公司宣布完全剝離GaAs制造業務，將業務出售給代工合作伙伴穩懋公司，專注GaAs射頻器件的設計環節。

我國發展化合物半導體機遇和優勢

“超越摩爾定律”成為發展新動能。由于集成電路制造工藝節點的更新難度越來越大，技術研發費用劇增，50多年來驅動半導體產業高速發展的“摩爾定律”演進速度顯著放緩。能夠承受先進制造工藝開發和投資費用的企業和客戶越來越少，應用場景也集中在高性能計算和通信等有限的領域。然而隨著智能化改造和物聯網應用的不斷推進，萬物智能、萬物互聯為行業發展帶來新機遇，“超越摩爾定律”成為發展新動能。由此帶來對集成電路特色制造工藝和產品的旺盛需求。近一年來，MCU和MOSFET等產品缺貨和8英寸生產線緊缺印證了這一趨勢。化合物半導體由于性能優勢，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”領域的重要發展方向。

中國是全球最大的應用市場。中國是全球最大的移動通信市場，已建成全球最大的4G通信網絡，基站數量超過200萬，并計劃在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商。華為、OPPO、小米、vivo是全球前六大的智能手機企業，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，國內新能源汽車產銷分別達到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域開始發力，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。

高校和研究機構具備技術積累。清華大學、北京大學、南京大學、山東大學、西安電子科技大學等高校、中科院和中國電子科技集團下屬的研究所在化合物半導體領域已耕耘超過20年，并通過技術轉化和合作成立了中鎵半導體、蘇州納維、山東天岳、天科合達、保定同光、東莞天域、華功半導體等企業。隨著化合物半導體在5G、物聯網、能源、國防軍工等領域發展不斷加速，人才和技術需求增加，我國科研機構的人才和技術儲備優勢將愈發顯著。

國家和地方產業政策支持。工業和信息化部、國家發展改革委發布的《信息產業發展指南》將“第三代化合物半導體”列為集成電路產業的發展重點。科學技術部將第三代半導體列入國家重點研發計劃“戰略性先進電子材料”重點專項。2018年國務院政府工作報告中明確將新能源汽車和第五代移動通信兩個化合物半導體最重要的應用市場作為加快制造強國建設的重點。地方政策方面，北京、深圳、成都、廈門、泉州、蕪湖等均已發布或正在研究推動化合物半導體產業發展的扶持政策。

國內產業發展面臨的挑戰和困難

市場推進困難。集成電路是資源全球配置的產業，在國際政治環境允許的情況下，國內的整機應用企業會優先采購全球領先的化合物半導體供應商的產品，以保持整機產品在全球市場的競爭力。國內的化合物半導體企業面臨著在行業市場和消費市場兩面碰壁的困難。在行業市場，需要器件企業與整機企業形成長期穩定的合作，共同提升產品的可靠性和穩定性；在消費市場，需要器件企業具備規模產能和出色的成本管理能力。這對于國內的化合物半導體企業來說，不論是技術上還是管理上，任務都非常艱巨。

項目投資盲目。集成電路作為中央政府鼓勵支持的產業，受到了地方政府的高度重視。起步早、實力強的重點城市已搶先布局了12英寸代工生產線項目和存儲器制造項目，投資規模可達上千億元。起步晚、實力弱的城市在選擇產業發展方向時，大多瞄準了投資規模小、市場前景好、具備“彎道超車”機會的化合物半導體。然而由于這些城市在集成電路產業缺乏專業認識和發展經驗，招商引資時信息嚴重不對稱，對化合物半導體的市場定位和發展前景的判斷不夠準確，扶持政策缺乏可持續性和精準性。尤其是近年來，境外的所謂“科技人才”打著化合物半導體“全面替代硅”的旗號，組建“臨時拼湊”的技術團隊，懷揣“空手套白狼”的僥幸心理，“游走”國內多個城市，“忽悠”地方政府。

發展路徑的兩點思考

市場定位。化合物半導體有行業市場和消費市場之分。從我國產業目前的發展階段來看，化合物半導體在基站和汽車等行業市場取得市場突破的機會更大。一方面是因為這些市場均為新興應用市場，市場格局尚未固化，是中國企業的發展機會。另一方面是國內的研究機構在這一市場所用的GaN和SiC器件領域有一定的技術積累，與龍頭企業的技術差距相對較小。

對于智能手機等消費市場，一方面，GaAs器件的產業格局已非常清晰。美國的高通、Skyworks、Qorvo、Broadcom四家企業占據全球智能手機GaAs功率放大器市場的90%以上。這4家企業均委托我國臺灣地區的穩懋和宏捷科兩家企業代工生產，合作關系牢固，難以在短期內打破。另一方面，GaAs器件制造技術已非常成熟，成本控制非常嚴格，穩懋在技術水平和生產管理方面的優勢非常顯著。且隨著手機出貨量增速放緩，這一市場的增長空間有限。建議我國化合物半導體企業在智能手機市場應結合我國的整機市場優勢，關注器件設計環節和VCSEL等新興產品方向。

產業模式。化合物半導體產業存在著兩種發展模式，一是代工模式，以GaAs行業最為明顯。如上所述，高通等設計企業已經與穩懋等制造企業形成了長期的合作關系。二是IDM模式，如GaN射頻和SiC電力電子器件。產品主要面向行業市場，包括基站、高鐵、工業電源、新能源汽車等。這些市場的集成電路供應商大多是IDM企業，如Infineon和德州儀器等。化合物半導體也不例外，如Cree、ROHM、ST等都是IDM企業。

可以看出，采用代工還是IDM，主要與產品面向的市場有關。若面向智能手機這樣的消費市場，產品公司專注設計環節可以更好地對接整機企業需求，代工制造服務公司可以專注提升產品制造技術和發揮規模生產優勢，每年14億部的手機出貨量也可以支撐足夠的市場和利潤空間，供設計企業和制造企業分享。若面向基站和汽車等行業市場，產品偏向定制化，更新換代周期長，產品性能的可靠性和穩定性要求更高，技術難度大。加之市場空間較小，難以有足夠的利潤空間供設計企業和制造企業分享，采用IDM模式更能保證產品性能和利潤。

綜上所述，建議努力培育具有市場競爭力的IDM企業。面向5G通信基站、新能源汽車和工業電源等行業市場，建議培育GaN和SiC領域的IDM龍頭企業。在智能手機等消費市場，建議推動國內的設計企業和制造企業深度合作，探索虛擬IDM發展模式。