6月11日,在南京举办的世界半导体大会《国际第三代半导体产业发展高峰论坛》上,第三代半导体产业技术创新战略联盟秘书长于坤山带来主题为《第三代半导体产业趋势及进展》的精彩演讲。

 

第三代半导体产业技术创新战略联盟秘书长于坤山


首先我们从一个大的主题谈,今年的一个热词叫碳中和、碳达峰,这是国家的一个重大举措,我是听到这样的一个国家的战略规划以后非常的兴奋,结合我们企业的发展,我们也做了一些归纳和总结。


在这里面实际上它的核心就是节能减排,以前我们叫节能减排,现在提出叫碳达峰和碳中和,社会上也有一种说法叫3060,因为正好是2030年碳达峰,2060年是碳中和,这样的一个国家的战略决策它的意义非常之大。


在这里面网络上也有很多说法,叫碳中和要挑战使用美元,实际上我是赞同,恰恰碳中和是未来国家实力之证,也是中国民族未来40年发展的趋势,将取决于我们碳中和这个战略是不是能够最终取得胜利。


我们要如何去做?其实我们各行各业都可以在这个发展的过程中做出我们的贡献,贡献我们的聪明才智,那么我们第三代半导体要做什么呢?首先就是我们的碳化硅和氮化镓这两个材料,经过30年的研究和开发,目前这个材料体系已经基本的完整,能够提供给我们社会各行各业满足它的需求,在这里面它的应用主要是减少我们各行各业用电的体积和成本,提高它的效率。


国家也提出来叫做以新能源为主体的新型电力系统,我是对这句话进行了深刻的分析,新型电力系统意味着和我们已有的电力系统不一样的东西,首先我们的发电,目前我们的发电还主要是以火电厂为主,特别是中国以煤电,一部分的水电还有一些核电,现在新能源发展很快,但是目前占比依然很小。


未来以新能源为主的电力系统就意味着传统的火电厂它的占比会逐年的减少,到2030年达到一个总量的峰值,2030年之后,它会直线的下降,这是一个大的趋势。


那么相比之下,我们新能源的占比将会持续的快速的增长,这就是碳中合这个大目标背景之下它的一个格局变化。


那么在这个新能源里面,将会以我们工业半导体特别是第三代半导体来为主要的支撑,这是一个大的背景,我希望大家能够关注。


回过头来我们来看看国际的发展,我们总结起来是四个方面:
第一,国际上包括北美地区、欧洲地区、东亚、日本和韩国,它都在以前所未有的力度来扶持半导体产业,里面也包括第三代半导体。


第二,另外企业它的产品商业化迅速提升,大家可以看到包括我们新能源汽车,包括充电桩,包括我们消费类,我们第三代半导体的应用快速的切入到这些领域,这是一个总的格局。


第三,另外就是国际上的龙头企业在进行产业链的布局,并且是超前布局,大家可能都注意到前几年很多龙头企业在扩产能,他们花了两到三年的时间去布局这个产能,到今年下半年开始释放产能。


第四,另外一块市场的规模将会持续增长,并且它是一个增量,除了传统的已有的积累之外,很大一块是增量市场,这个增量市场是超乎大家想象的。


这是四个方面的情况,几个主要的,像国际的以美国为核心,2020年他们国会提出来的主要是针对半导体这个产业,他们打出的旗号叫半导体产业要回归美国,但是我想他会持续这样去做,因为半导体确实太重要了。在欧洲也一样,欧这的这几个国家也出台了相应的重大举措,来推动欧洲地区半导体产业的发展,这里面有1450亿欧元的预算。


另外就是我们东亚地区韩国和日本也一样,大家知道日本的半导体产业曾经是非常之辉煌的,在第三代半导体领域他们也做了长期的布局,有几家企业都是具有国际影响力的,韩国也不落后。


另外回到我们整个技术方向上,像碳化硅大家比较关注,碳化硅应该说在第三代半导体领域,碳化硅、氮化镓这两个材料,碳化硅它的产业化是走在前列的,时间也很长。目前碳化硅的6英寸的已经能量产,美国已经开始在布局8英寸的衬底产业,这是一个总的方向。


另外就是它的一些相关的器件,包括碳化硅的二级管,目前在市场上你能够买到的各种各样的,最高电压等级产品化的已经到3300伏,从650伏、1200、1700一直到3300伏,已经产品化,实验室的水平当然是6500伏甚至10千伏及以上,这是总的发展。


另外一块就是晶体管、晶闸管这两个器件组合在一起,才能够真正形成我们这个器件市场,这里面也可以看到现在MOSFET的技术发展是非常之快的,到目前为止也已经实现了1200、1700,最高到6500伏这样一个产品,各行各业都已经在开始应用。


另外它的一些其他的各个厂家的一些情况,这里面我们都有详细的几家公司,前面三家是龙头,目前在我们的电动汽车、整车全碳化硅的模块应用,主要是以这几家企业的产品为主,后面我会介绍国内的一些发展情况,它的性能不断在提升,特别是MOSFET的导重电阻在不断的往下降,目前已经进入到第四代器件的水平,这是非常好的一个势头。


另外还有其他的模块,我们下面材料、芯片的模块,因为最终我们的功率器件的应用,它最好的应用形态是封装成模块,但这里面涉及到很多一些关键的技术,这里面可以看到最大的电流目前已经到了500安培单模块,甚至汽油更大的实验室水平,到600安培以上。


另外一块就是氮化镓这个材料,氮化镓可能大家关注到我们原来在LED里面,氮化镓这个材料已经得到了非常高速的发展,目前的市场还在持续的推进。除了在LED应用以外,氮化镓它还有一个应用,就是微波射频,还有在功率器件,这是氮化镓目前材料方面取得一些进展,首先说我们氮化镓的衬底,目前已经实现了10英寸的研发水平,现在已经在开始往前推,一会儿我们会有专门的报告谈这个这个氮化镓的。6英寸已经在开始,也在研发阶段。还有异质外延的衬底,像硅衬底、蓝宝石衬底、碳化硅衬底,这些技术的发展也非常之快。


在硅衬底方面,目前我们国内已经率先实现了8英寸硅级氮化镓功率器件的量产,这个发展也是非常之快的,国际上的这些企业也在往这方面去推进,特别是以5G应用为核心的射频基建,在氮化镓这个材料上得到了很好的展现。


这是它的一些器件,特别是电元电子器件和模块目前发展的一些情况,在这里面可以看到英培宁也在建8英寸的硅级氮化镓的线,这是一个未来发展的趋势。


目前的一些产品,到2020年底我们做了一个总结,总的大概有519款产品在市场上形成了销售,应该未来会越来越多。


另外一块它的应用就是光电器件,去年开始在光电领域特别是Mini和Micro LED发展非常之迅速,今年有关Micro和Mini LED这方面的信息非常之多,这也是展现了氮化镓这个材料未来在光电子应用领域,在显示方向上这是有可能会成为一个爆发点,当然其他的还有紫外、激光等等这些应用,目前发展也非常之快。


这是目前我们对这个产业链它的各个企业市占率的情况,我们看到国际上从功率半导体这里面,80%是由下面5家公司所占领的,可以看到后面我介绍我们国内这个差距,剩下20%是其他的企业,那么在这个氮化镓的功率半导体它的模块应用方向,另外还有射频的应用方向,从这三块大家能够看到,国际这些龙头企业他们所占据的市场份额,当然这里面龙头企业的布局我就不重复了,总的能够反应出来,国际上的这些龙头企业他们提早三年就已经在做量产的布局了,这是一个现实,可以看到未来在这方面马上面临的就是一个严酷的市场竞争,有可能进入到价格战的阶段。


我们可以看到整个发展的进展,2020年的增长是6.8%,总的6.8%看起来不高,但是对于一个处于快速增长的市场来说,未来它的影响可能会巨大,在整个半导体的市场,全球是4400亿美金,占到6.8%的比例。


这个是市场的持续增长,从2020年我们预设到2025年这个增长的比例差不多就是要4倍的增速,特别是针对我们的两大材料体系,碳化硅的电力电子,和氮化镓的电力电子,基本上都是这样的情况,但总的绝对量可能比例不是很高,但是增速很高,这也是预设这个产业发展的热度。


另外就是整个价差来看,因为最终的市场还是考虑成本,价格起决定的因素,碳化硅和氮化镓总体的价格和硅级的器件相比,它的价差是在缩小的趋势,有几个典型的,这个是随着我们碳化硅的晶圆尺寸的增长,它的产量提升同时会带来成本的下降,氮化镓也是一样,这是一个总的趋势,不详细去说了,详细的数据大家可以看我们的报告。


从这里面都可以看到,整个下降的趋势我们分析下来,有四个方面的原因:
第一,衬底的产能和它的技术提升,使得持续成本的下降,这个未来还会继续往下走。
第二,我们的量产基数,特别是我们国内进入到第三代半导体产业化这样一个大部队,将会极大促进产品的下降。
第三,我们的各种产线规格,从4寸6寸到8寸,这样的话也会催生成本的下降。
第四,再就是更多的企业的加入,将加剧这个行业的竞争,当然还包括我们未来应用市场这样一个启动。


这个是微波射频的市场目前已经差距了8个亿的美金未来这个市场还会再扩大,除了我们的基站将未来在我们的工业互联网、人工智能还有汽车的无人驾驶,这样的一些应用领域将会产生一些新的射频的应用市场,未来的这种需求增长是可期的。


我们再看国内,我们也总结了四个方面的的主要特征,一个就是我们的政府,对第三代半导体行业极大的支持的力度,招引我们的企业到各地去落户,还有我们自身的研发能力和产业化能力也在提升,差距在缩小,第三个方面就是在政策市场的这种驱动之下,产业的规模保持高速的增长。


第四个就是市场的加速渗透,第三代半导体逐渐切入到整个半岛体这样的一个大市场,它的占比会不断的增加,包括国家出台的相关政策,这个是我们第三代半导体纳入了国家的“十四五”规划,另外还有国家的2030新材料的重大专项,以及各地方对于第三代半导体一个大力的支持和扶持,这个是我们的一个巨大的利好。


另外就是我们还有一些相应的机构,这里头可以看到,也是积极的加入,特别我们一些著名的高校一些国内的龙头企业,成为我们第三代半导体产业的领头羊带动我们这个产业持续稳定的增长。


这是一些各地方的一些政策,由于时间关系我就不多说了,特别是我们住珠三角长三角地区,还有我们京津冀地区,都在积极的推动这个第三代半导体相关产业整体的发展。


另外就是我们的实力也在提升,我们去年从4英寸开始切入到6英寸应该说2021年基本上以6英寸为主导,现在有的机构也在开始研发,8英寸的,那这个是一个非常好的发展势头。


我们的器件包括二极管MOSFET,去年我们国内能够提供MOSFET的机构很少,但是今年我了解了一下很多公司和我们的研究机构都已经开始量产,这个是非常好的发展势头,氮化镓的,我们也是在氮化镓的治理方向上也做得非常好,昨天晚上我跟南京大学的教授在一起吃饭的时候,他们也给了我一些非常好的信心,这样也反映出我们国内的研究机构,他们确确实实在潜心推动这个技术的进步,这个未来可能会有一些新的突破。


国家政策的一些推动和扶持,能够带动我们第三代半导体的一个快速增长这个也要看到去年疫情的影响对我们这个产业也有些相应的一些干扰,应该到2021年开始会有一个非常好的回升,这是一个总的方向,这是我们国内目前的一个产业布局。


大家可以看到我们长三角、珠三角、京津冀、粤港澳、闽三角等等还有中西部各地都在上相关的项目,但是相比之下长三角、珠三角、京津冀这个产业链是比较完整的,起步也很早,布局相关的一些机构和企业在这方面特别是最近几年都取得了很好的发展机会,同时我们的资本市场也持续的活跃,可能今天在座的有很多都是投资类的朋友,最近这一段时间我走道很多地方,很多都是投资界的他们对这个行业非常的关注,他们也具有专业度和对市场的敏感度对政策的敏感度。


我想我们这样的投资机构将会对我们产业发展具有很好的推动作用,那未来我们的产线不断的开通,我们进行了一个统计和分析,包括碳化硅、氮化镓、氮化镓射频的这三个方向上,目前在建的和已经已有的产线我们都做了一个统计大家可以看到未来的产能将会是巨大的。


这个我们也要看到目前存在的一些不足,这里面主要是目前我们材料仍然是“卡脖子”的虽然我们建了很多具有足够产能的企业,但是离我们未来产业发展的需求,特别是对高质量高性能材料的需求目前还存在差距,这个我们的材料企业依然还要继续努力,这个电子电力器件市场的规模将近50个亿,未来的发展会有一个意想不到的这样的一个因素。


特别是我们碳达峰、碳中和国家政策的驱动未来可能会赢得我们市场的一个部分爆发,加速渗透一些新的应用在不断的开启,我们经常说2020年是我们第三代半导体应用的一个转换点那么两个标志一个就是以特斯拉、摩托桑采用碳化硅模块,碳化硅材料这个产业,因为电动汽车而带动,那我们国内的比亚迪也已经在它的汉这一款车上采用了全碳化硅模块,未来它可能逐渐在电动汽车里面切入碳化硅的应用。


另外一个就是氮化镓的快充,去年成为网红产品那么今年依然是一个快速增长的一个小的产业,目前这个产值已经超过了100个亿增长速度非常之快,将来快冲将会渗透到各个领域,因为有了这两个典型的应用,将会带动我们碳化硅将来在新能源、光伏逆变器、风电电流器、充电桩以及我们的工业应用还有包括我们能源互联网的应用,将会加速在这些领域的应用,那么氮化镓也不会失落。


在650伏G以下的这些电压领域将会是氮化镓的天下,除了目前的快充未来会涉足我们数据中心的电源以及我们一些低电压的一些电源领域,那么都是氮化镓电力电子它的应用市场,那么在新能源汽车这个是未来一个主要的驱动力,那么这个驱动力的发展我们可以充分的去想象。


去年大概我们国家新能源汽车已经超过了100万辆,年产超过100万辆,那么今年增速可能会更快,这就意味着电动汽车里面采用碳化硅器件,因为它的一些典型优势,我们国内的很多企业都已经在介入碳化硅的应用,这个将带动我们碳化硅这个市场,以此为契机,其他的在新能源也必然有采用,这是发展的一个必然趋势,那么氮化镓的电力电子器件,那么以快充作为一个领头羊。


在其他的方向上也会带来一个拓展,这次总的市场预期我们有一个数据,大概年均的符合增长率是97%,这个数据应该是比较好的。


氮化镓射频未来的市场会超过60个亿,当然射频这一块如果仅仅是我们的基站建设这个市场是有天花板的,我们既希望拓展到其他的一些应用领域,前面我提到包括我们电动汽车的无人驾驶,还有我们的工业互联网、人工智能等等这些应用将会催生一些新的应用市场,这是它的一个规模大概也是60亿人民币。


最后就是一个总结,总的来看,虽然我们跟国外跟西方这样的一些竞争,给我们的半导体产业发展带来了一些干扰,但是总的来看这个是一件好事,这样也催生了我们国内在这个领域各方面的一个共识,就是我们要做这项工作,那在产业链的建设方向我们依然要看到我们跟国外之间的差距,这里面特别是在材料,在一些关键技术,在工艺还有在人才培养方面,这快依然是我们的短板。


这个我们要有一些清醒的认识,虽然未来的市场美好,前景美好但我们依然要踏踏实实解决目前我们遇到这些问题,更重要的的是我们各行各业,我们的科研机构我们的产业公司,我们的地方政府我们的投资机构大家要齐心协力,团结起来,共同去应用目前我们存在的问题。


在产业应用方向上,我们依然要注重开发增量市场,在目前已有的市场基础之上,我们要围绕国家的战略举措去开发不断的挖掘我们新的增长的应用,这是未来我们要做的一些工作。


最后就是“十四五”是第三代半导体发展的一个关键时期,目前已经进入到最佳的窗口时期,我们的产业界已经进入到这个领域的里面,要把握这样的机会,想进入的要慎重,因为这个格局已定,新进入者意味着巨大的风险,这个我们有时间可以在下面交流,那么未来五年各行各业,特别是在第三代半导体的应用领域,将会有一个巨大的机会。


我们希望我们所有的企业都能够把握住,另外就是未来产业的发展,需要产业链的完善,特别我们一直在推动的各地区产业生态的建设,产业链上下游之间的协同,包括我们各地方政府的政策配套,还有一些应用环节的配套,依然是重要的。