一文解讀化合物半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展形勢(shì)及前景

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(chǎng)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(shì)

(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(shì)，2次發(fā)起對(duì)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(chǎng)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(gè)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(chǎng)地位。全球最大的GaAs制造企業(yè)***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(chǎng)，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(chǎng)應(yīng)用成熟。在行業(yè)應(yīng)用市場(chǎng)，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(chǎng)開始批量應(yīng)用。在通信基站市場(chǎng)，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(chǎng)，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(dòng)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(chǎng)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(chǎng)，由于***的臺(tái)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(shì)

(一)“超越摩爾定律”成為發(fā)展新動(dòng)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(dòng)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(chǎng)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(dòng)能。由此帶來對(duì)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(shì)?；衔锇雽?dǎo)體由于性能優(yōu)勢(shì)，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(chǎng)

中國是全球最大的移動(dòng)通信市場(chǎng)，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(chǎng)。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(zhǎng)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)化和合作成立了天科合達(dá)、東莞天域、華功半導(dǎo)體、中鎵半導(dǎo)體、蘇州納維等企業(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(chǔ)備優(yōu)勢(shì)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)。科技部將第三代半導(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(dòng)通信2個(gè)化合物半導(dǎo)體最重要的應(yīng)用市場(chǎng)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(dòng)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(chǎng)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(huì)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(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)力。國內(nèi)的化合物半導(dǎo)體企業(yè)面臨著在行業(yè)市場(chǎng)和消費(fèi)市場(chǎng)兩面碰壁的困難。在行業(yè)市場(chǎng)，需要器件企業(yè)與整機(jī)企業(yè)形成長(zhǎng)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(chǎng)，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(duì)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(lì)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(chǔ)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(chǎng)前景好、具備“彎道超車”機(jī)會(huì)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(shí)和發(fā)展經(jīng)驗(yàn)，招商引資時(shí)信息嚴(yán)重不對(duì)稱，對(duì)化合物半導(dǎo)體的市場(chǎng)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(hào)，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(gè)城市，“忽悠”地方政府。

發(fā)展路徑的三點(diǎn)思考

(一)市場(chǎng)定位：行業(yè)市場(chǎng)還是消費(fèi)市場(chǎng)?化合物半導(dǎo)體有行業(yè)市場(chǎng)和消費(fèi)市場(chǎng)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(chǎng)取得市場(chǎng)突破的機(jī)會(huì)更大。一方面是因?yàn)檫@些市場(chǎng)均為新興應(yīng)用市場(chǎng)，市場(chǎng)格局尚未固化，是中國企業(yè)的發(fā)展機(jī)會(huì)。另一方面是國內(nèi)的研究機(jī)構(gòu)在這一市場(chǎng)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(duì)較小。

對(duì)于智能手機(jī)等消費(fèi)市場(chǎng)，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(chǎng)的90%以上。這4家企業(yè)均委托我國***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(shì)非常顯著。且隨著手機(jī)出貨量增速放緩，這一市場(chǎng)的增長(zhǎng)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(chǎng)應(yīng)結(jié)合我國的整機(jī)市場(chǎng)優(yōu)勢(shì)，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(zhǎng)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(chǎng)，包括基站、高鐵、工業(yè)電源、新能源汽車等。這些市場(chǎng)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(chǎng)有關(guān)。若面向智能手機(jī)這樣的消費(fèi)市場(chǎng)，產(chǎn)品公司專注設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)可以更好地對(duì)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(shì)，每年14億部的手機(jī)出貨量也可以支撐足夠的市場(chǎng)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(chǎng)，產(chǎn)品偏向定制化，更新?lián)Q代周期長(zhǎng)，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(chǎng)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(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)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(chǎng)，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(chǎng)，建議推動(dòng)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(tái)?；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(gè)能串聯(lián)上下游的中試研發(fā)平臺(tái)，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(tái)。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(shì)，搭建試用驗(yàn)證平臺(tái)。通過模擬真實(shí)應(yīng)用環(huán)境，不斷試錯(cuò)、發(fā)現(xiàn)和解決問題，提升國內(nèi)器件企業(yè)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)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(chǎng)風(fēng)險(xiǎn)相比存儲(chǔ)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(duì)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(duì)產(chǎn)品市場(chǎng)方向、技術(shù)團(tuán)隊(duì)能力、投資經(jīng)費(fèi)等進(jìn)行評(píng)估，在項(xiàng)目落地前解決信息不對(duì)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。