功率半導(dǎo)體市場規(guī)模及發(fā)展趨勢分析

1 驅(qū)動世界向更高效、更精密、更清潔的方向發(fā)展，功率半導(dǎo)體2022年市場規(guī)模可達426億美元

1.1 功率半導(dǎo)體是電力控制的核心，驅(qū)動現(xiàn)代社會的電氣化運作

功率半導(dǎo)體，即依托電力電子技術(shù)、以功率處理為核心的半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)； 與功率半導(dǎo)體這個概念相對應(yīng)的，則是更為大眾所熟知的依托微電子技術(shù)、 保持小功率的特點、以信息處理為核心的信息半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)。

以手機、電腦這些具體的電子產(chǎn)品為例，信息半導(dǎo)體是這些產(chǎn)品的大腦 和神經(jīng)，負責(zé)感知、運算、操縱等，實現(xiàn)電子產(chǎn)品的設(shè)計功能；而功率半導(dǎo) 體則是這些產(chǎn)品的心臟和血脈，負責(zé)將合適的電能傳輸給每一個用電終端。

而當我們放眼一條完整的從電能產(chǎn)生到電能最終被用電終端應(yīng)用的電力 傳輸鏈時，功率半導(dǎo)體則更類似于一名“廚師”的角色。它負責(zé)將發(fā)電設(shè)備 產(chǎn)生的、電壓和頻率雜亂不一的粗電“加工”成電壓、頻率統(tǒng)一的工頻電， 再將“加工好”的工頻電“烹飪”成擁有不同電壓、電流、頻率等電能參數(shù) 的特定電來滿足各個用電終端的不同“口味”。 需要特別注意的是，我們這里提到的用電終端，并不是電腦、手機這些 終端設(shè)備，而是指電腦、手機里的傳感器、攝像頭這類的功能終端。

功率半導(dǎo)體的“廚師”職能，從本質(zhì)上來說，是通過利用半導(dǎo)體的單向 導(dǎo)電性實現(xiàn)的電源開關(guān)和電力轉(zhuǎn)換的功能。

電源開關(guān)功能，顧名思義，指實現(xiàn)電力傳輸某一具體環(huán)節(jié)的導(dǎo)通和關(guān)斷； 而電力轉(zhuǎn)換功能則是指通過變壓、變頻、直交流轉(zhuǎn)換等實現(xiàn)特定電的轉(zhuǎn)換， 具體又分為AC-AC、AC-DC、DC-AC、DC-DC四種形式（AC:交流；DC:直流） 。

正是功率半導(dǎo)體這看似簡單的電源開關(guān)和電力轉(zhuǎn)換功能，通過多樣化的 組合方式，實現(xiàn)了“粗電”向“精電”的轉(zhuǎn)換，從而滿足了現(xiàn)代生活中復(fù)雜 的用電需求。

因此，我們可以毫不夸張地說，當今世界一切涉及發(fā)電、輸電、變電、 配電、用電、儲電的事宜都離不開功率半導(dǎo)體。

1.2 伴隨著社會電氣化程度的加深，功率半導(dǎo)體長遠追求更高的功率密度與更低的功耗

功率半導(dǎo)體伴隨著電力的運用而誕生，自然也就隨著社會電氣化程度的 加深而發(fā)展。而社會電氣化程度的提高又主要源于兩個方面：應(yīng)用領(lǐng)域的廣 泛化與應(yīng)用形式的精密化。 應(yīng)用領(lǐng)域的廣泛化一方面是指新型應(yīng)用的誕生，代表性的應(yīng)用包括智能 手機、可穿戴設(shè)備等；另一方面是指越來越多傳統(tǒng)領(lǐng)域的電氣化，代表性的 應(yīng)用比如過去10 年間實現(xiàn)對傳統(tǒng)灶具部分替代的電磁爐、未來的電動汽車與 物聯(lián)網(wǎng)等。 而應(yīng)用形式的精密化則是指對用電終端的供電，從原來粗獷地向所有用 電終端統(tǒng)一直供，漸漸轉(zhuǎn)化為對每一個用電終端的精確化控制，代表性的產(chǎn) 品比如電源管理芯片、負載開關(guān)等。

自然，社會電氣化程度的提高也對功率半導(dǎo)體提出了相應(yīng)的要求。

而當這些性能要求具體到性能指標的層面時，則又分為基礎(chǔ)指標和功耗 指標。前者是指為了能實現(xiàn)某一特定功能，功率半導(dǎo)體必須滿足的指標，比如只有滿足一定的工作電壓、電流密度、工作頻率的功率器件才能驅(qū)動電動 汽車的電機實現(xiàn)特定的轉(zhuǎn)速，又比如只有能耐受一定溫度的功率半導(dǎo)體才可 以運用到一些特定的航天領(lǐng)域；而后者則是滿足了基礎(chǔ)指標后，為了實現(xiàn)更 高效的目的，所有功率半導(dǎo)體追求更低功耗所參考的指標。

這些指標中，頻率指標需要特別關(guān)注，因為頻率（反向恢復(fù)時間的倒數(shù)） 一方面決定直流電轉(zhuǎn)化成交流電的最高頻率，另一方面決定了變壓器等電氣 設(shè)備的最小體積，通常來說由功率半導(dǎo)體及配套被動元件組成的電氣設(shè)備的 體積和重量與供電頻率的平方根成反比。

為了滿足越來越高的指標要求，自 1956年美國貝爾實驗室發(fā)明晶閘管以 來，功率半導(dǎo)體一刻不曾停歇，一直在通過多種方式實現(xiàn)技術(shù)演進。

從功率半導(dǎo)體的發(fā)展軌跡來看，高功率、高頻率（小型化）與低功耗是 技術(shù)演進的方向，但三者的關(guān)系有層次之分：不同應(yīng)用場景對功率的硬性要 求不同，在滿足特定功率要求的基礎(chǔ)上，新的技術(shù)、工藝都在盡量追求小型 化和低功耗。例如新能源汽車等新興應(yīng)用市場對高功率半導(dǎo)體的需求巨大， 但GTO等前代功率器件在在體積（重量）、功耗層面性能不足，而以 IGBT 為代表的新型功率器件在保證實現(xiàn)高功率的基礎(chǔ)上保持了小型化和相對低功 耗的特點，進而成為主流的高功率器件。

因此我們認為功率半導(dǎo)體的發(fā)展實際上是在滿足特定功率的基礎(chǔ)上，追 求于更小的體積（重量）和更低的功耗。

所以功率半導(dǎo)體長遠所追求的，是實現(xiàn)自身的低功耗與高功率密度（功 率和體積之比）。而擁有著更低的功耗和更高的功率密度的功率半導(dǎo)體，驅(qū) 動著我們的世界向著更高效、更精密的方向發(fā)展。

1.3 受益于清潔能源、電動汽車與物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，預(yù)計2022年功率半導(dǎo)體市場規(guī)?？蛇_426億美元

作為一個從1956年發(fā)展至今的成熟產(chǎn)業(yè)，功率半導(dǎo)體行業(yè)每年的市場空 間可以被很容易地拆解成兩個方面：折舊帶來的替換市場以及電氣化程度加 深帶來的新增市場。

既然新增市場源于電器化程度的加深，那么能對功率半導(dǎo)體市場規(guī)模造 成較大影響的下游行業(yè)無疑又將符合兩個條件：應(yīng)用市場具備一定的規(guī)?；?數(shù)；以及相應(yīng)新產(chǎn)品對功率半導(dǎo)體的需求大幅增加。經(jīng)過我們的觀察，有三 個行業(yè)顯著符合這兩個條件：清潔能源行業(yè)、電動汽車行業(yè)以及物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)。

首先是清潔能源行業(yè)，未來5-10 年，清潔能源行業(yè)占據(jù)主導(dǎo)的依然是光 伏發(fā)電和風(fēng)能發(fā)電，根據(jù)“十三五”規(guī)劃，風(fēng)電、光伏裝機總量將從2015年 的 1.9 億千瓦時提升至 2020 年的 4 億千瓦時，復(fù)合增長率約為 16%，而無論 是風(fēng)力發(fā)電或是光伏發(fā)電，相較于傳統(tǒng)的火力發(fā)電，都會增加匯流/整流與逆 變這兩個環(huán)節(jié)，大幅提高功率半導(dǎo)體的用量。

其次是電動汽車行業(yè)，根據(jù) StrategyAnalytics 測算，輕混車（MHEV）、 混動車/插電混動車（HEV/PHEV）、純電動車（BEV）相比燃油車 71美元 的功率半導(dǎo)體用量分別增長 106%、398%和 433%，至 146 美元、354 美元與 384美元。

最后是物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)。如果物聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)大規(guī)模應(yīng)用，一方面會通過新增的 數(shù)據(jù)收集與數(shù)據(jù)傳輸環(huán)節(jié)產(chǎn)生更多的用電需求，自然帶來了功率半導(dǎo)體的增 長空間；另一方面，由于物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備高精密度和低功耗的需求，在實現(xiàn)同樣 功能的設(shè)備中，可能需要通過加裝負載開關(guān)等功率半導(dǎo)體元件來實現(xiàn)每一用 電終端的單獨控制，從而節(jié)省設(shè)備功耗。

受益于折舊帶來的替換市場、電氣化程度加深帶來的新增市場以及供需 格局帶來的價格增長，結(jié)合 Yole Développement 的相關(guān)測算，我們預(yù)計功率 半導(dǎo)體市場在 2018 年將大概率延續(xù) 2017 年 11%左右的增長速度，在 2019、 2020年由于價格的回落增長速度下降至5%、3%，在2021 年以后由于物聯(lián)網(wǎng) 應(yīng)用的興起回升至 4%的年化增長速度，至 2022 年實現(xiàn)約 426 億美元的市場 規(guī)模。

2 制造鑄就地位、設(shè)計把握增長，長遠看來IDM為大勢所趨

2.1 前段晶圓制造決定產(chǎn)品性能，占據(jù)產(chǎn)業(yè)鏈核心話語權(quán)

盡管制造流程依然分為設(shè)計、制造、封測這三個環(huán)節(jié)，但與更為大眾 所廣泛認知的信息半導(dǎo)體行業(yè)不同，功率半導(dǎo)體的核心環(huán)節(jié)并不在于設(shè)計， 而是在于前段晶圓制造環(huán)節(jié)。造成這種現(xiàn)象，主要是由于功率半導(dǎo)體電路 簡單，且對運算功能的要求大幅度降低。因此技術(shù)含量相對較高、在 IC 設(shè)計環(huán)節(jié)構(gòu)成了大量附加值的控制芯片架構(gòu)、IP、指令集、設(shè)計流程、設(shè) 計軟件工具等環(huán)節(jié)并不參與功率半導(dǎo)體的利潤分配。

相反，由于功率半導(dǎo)體特色工藝的屬性，前段制造和后段封裝對產(chǎn)品 最終性能的影響加大，技術(shù)含量也均有所提高，在功率半導(dǎo)體的附加值分 配中也占據(jù)了更大的比例。

一般來說，由于對產(chǎn)品性能的決定性作用，前段制造環(huán)節(jié)占據(jù)功率半導(dǎo) 體價值鏈的40%以上。但結(jié)構(gòu)改進、封裝調(diào)整或差異化需求可能會提升不同 環(huán)節(jié)的價值鏈占比。

但總體而言，前段晶圓制造環(huán)節(jié)因為其較高的技術(shù)含量以及決定產(chǎn)品性 能所帶來的更高的地位，毫無疑問地占據(jù)著功率半導(dǎo)體價值鏈的核心。

2.2 設(shè)計能力主導(dǎo)客戶開拓，影響企業(yè)發(fā)展速度

在圖表13中我們提到，設(shè)計環(huán)節(jié)主要在兩個方面影響功率半導(dǎo)體的最終 產(chǎn)品：基于系統(tǒng) Know-how 能力實現(xiàn)的差異化參數(shù)調(diào)整，以及通過結(jié)構(gòu)優(yōu)化 帶來的單片晶圓可切割芯片數(shù)的提升。

單片晶圓可切割芯片數(shù)的提升顯而易見地帶來成本的下降，而系統(tǒng) Know-how 能力實現(xiàn)的差異化參數(shù)調(diào)整則意味著為客戶開發(fā)定制化產(chǎn)品的能力。

從圖表17中我們不難發(fā)現(xiàn)，即使是使用同一類型的功率器件，不同下游 場景應(yīng)用對應(yīng)著不同的功率和頻率需求。同理，同樣的下游應(yīng)用，也會因為 產(chǎn)品定位等原因?qū)β拾雽?dǎo)體的功率、頻率、功耗等指標產(chǎn)生不同的需求。

因此，在同一種產(chǎn)品結(jié)構(gòu)上，通過差異化參數(shù)調(diào)整，先滿足客戶基礎(chǔ)指 標要求，然后再實現(xiàn)功耗與成本的最優(yōu)解，是企業(yè)設(shè)計能力的核心體現(xiàn)。

同時，由于從市場的角度上來看，功率半導(dǎo)體行業(yè)本質(zhì)上是一個需求驅(qū) 動型的行業(yè)，它的發(fā)展鏈條，往往是由政策、技術(shù)等因素的驅(qū)動，傳導(dǎo)至新能源汽車等下游產(chǎn)業(yè)的增長，再傳導(dǎo)至對應(yīng)的功率半導(dǎo)體行業(yè)，促使其發(fā)展。

因此，一家功率半導(dǎo)體企業(yè)的設(shè)計能力越強，就意味著這家企業(yè)在其制 造能力的制約框架內(nèi)的業(yè)務(wù)開拓能力越強，而這較大程度上影響著一家企業(yè) 的發(fā)展速度。

2.3 設(shè)計、制造、封裝三者協(xié)同，長遠來看IDM為大勢所趨

盡管后段封裝，尤其是功率模塊的封裝，對產(chǎn)品的性能、一致性、穩(wěn)定 性和工作環(huán)境耐受性均具有一定的影響，但由于技術(shù)壁壘較低，并不構(gòu)成功 率半導(dǎo)體的核心競爭力。

然而從長遠來看，由于決定核心競爭力的前段制造能力和關(guān)乎企業(yè)發(fā)展 速度的設(shè)計能力對于一家功率半導(dǎo)體企業(yè)而言缺一不可，再加上掌握封測環(huán) 節(jié)一方面可以占據(jù)更廣闊的利潤空間，另一方面可以增強對產(chǎn)品性能的把控、與設(shè)計制造環(huán)節(jié)形成協(xié)同效應(yīng)，因此我們判斷從長遠來看IDM是功率半導(dǎo)體 廠商的必然選擇。

目前世界范圍內(nèi)一流的功率半導(dǎo)體廠商無論是歐洲的英飛凌、意法半導(dǎo) 體，美國的德州儀器、安森美，或是日本的三菱等，均以IDM模式為主。

3 進口替代空間打造獨特競爭格局，短期內(nèi)設(shè)計企業(yè)迎發(fā)展良機

3.1 國際巨頭壟斷國內(nèi)市場，進口替代空間巨大

根據(jù) Yole 和IHS的研究結(jié)果顯示，盡管功率半導(dǎo)體在中國的銷售額占據(jù) 了全球銷售額的 40%左右，但全球排名前列的功率半導(dǎo)體企業(yè)中并沒有中國 企業(yè)的身影。

如果將中國與國際頂尖的功率半導(dǎo)體廠商進行比較的話， 2017年全球 營收規(guī)模最大的功率半導(dǎo)體廠商英飛凌僅僅在中國區(qū)域?qū)崿F(xiàn)的營收，便是 同年中國營收規(guī)模最大的功率半導(dǎo)體廠商華微電子的8倍。

而根據(jù) Yole Développement 相關(guān)數(shù)據(jù)，2017 年大陸功率半導(dǎo)體市場總體 國產(chǎn)化率不到50%。據(jù)此我們不難得出結(jié)論，功率半導(dǎo)體行業(yè)的進口替代空 間十分廣闊。

3.2 多因素共振，短期內(nèi)國內(nèi)設(shè)計企業(yè)更容易把握進口替代機遇

在2.2中我們提到，功率半導(dǎo)體是一個需求驅(qū)動型的行業(yè)，因此，功率半 導(dǎo)體之所以存在實現(xiàn)“進口替代”的可能，本質(zhì)上是由于國內(nèi)功率半導(dǎo)體的 下游客戶市場主要為國產(chǎn)廠商，而面對國內(nèi)的下游廠商，國內(nèi)的半導(dǎo)體功率 企業(yè)在和國外的企業(yè)競爭時往往具備成本與定制化的優(yōu)勢。

圖表25 國內(nèi)功率半導(dǎo)體廠商在國內(nèi)下游廠商中的競爭優(yōu)勢

此外，由于國內(nèi)下游廠商很大一部分也是依靠成本優(yōu)勢在與國際的同類 廠商進行競爭，因此他們對上游功率半導(dǎo)體的價格敏感度也更高，因此當國 內(nèi)功率半導(dǎo)體廠商的產(chǎn)品性能能夠滿足下游廠商的需求時，盡管功率半導(dǎo)體 行業(yè)因為較長的驗證周期存在一定的替換成本，但國內(nèi)的下游廠商往往會愿 意進行嘗試。

因此我們認為當國內(nèi)的功率半導(dǎo)體廠商在工藝技術(shù)達到國際同等水平， 甚至是在略微不足國際同等水平，但可以依靠定制化生產(chǎn)進行一定的產(chǎn)品性 能彌補時，便可以實現(xiàn)相應(yīng)的“進口替代”。

同時，與信息半導(dǎo)體行業(yè)相比，功率半導(dǎo)體由于產(chǎn)品迭代速度相對較慢， 對制程、晶圓線和投資規(guī)模的要求相對較低，以及全球華人功率半導(dǎo)體人才 較為豐富等原因，在短期內(nèi)實現(xiàn)工藝技術(shù)的突破，實現(xiàn)國際一流的產(chǎn)品性能 的可能性相對更高。

因此我們認為，國內(nèi)功率半導(dǎo)體行業(yè)具備較高的實現(xiàn)進口替代的可能性。 從實際情況來看，包括士蘭微、比亞迪、中國中車在內(nèi)的一系列中國企業(yè)均 在功率半導(dǎo)體行業(yè)實現(xiàn)了對國外壟斷領(lǐng)域的突破。

但對于國內(nèi)的功率半導(dǎo)體廠商而言，由于“進口替代”這一特殊市場空 間的存在，盡管IDM從長遠來看無疑是最優(yōu)的選擇，但我們認為短期內(nèi)設(shè)計 廠商可以利用晶圓代工廠的技術(shù)積累，通過聚焦于設(shè)計領(lǐng)域的研發(fā)，快速提 升產(chǎn)品的性能與規(guī)模，在同等的資金投入下相較于IDM廠商更容易把握“進 口替代”進程，取得快速發(fā)展。