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创业16年等来风口中国公司弯道超车第三代半导体

更新时间:2022-05-29 22:17

  

  在中国建立了从动力电池到自动驾驶在内的完整智能汽车产业链之后,那些传统汽车大佬才发现,真正的对手并不是国有企业,而是类似于蔚来、小鹏、理想以及比亚迪这样的民营企业,甚至其中一大部分是初创企业。

  在不到十年的时间里,这些初创车企从资本市场获得了巨额资金,推动中国车企在全球汽车产业版图上扮演了前所未有的关键角色。

  于是欧洲组织了至少两个类似于“欧洲电池创新”这样的产业创新联盟,美国也在鼓动各种“制造业回归”。

  在这中间,一种名为“碳化硅(SiC)”的第三代半导体材料被重点提及——曾有外媒报道称,这种材料将会确保美国在智能汽车领域的竞争优势。

  到目前为止,这种关键材料掌握在美国一家名为“Wolfspeed(狼速)”的公司——据称这家公司几乎控制了全球四分之三的碳化硅产能。

  作为全球最大的芯片进口国(2019年进口3000亿美元芯片),中国在第一代、第二代半导体材料受制于人付出了比进口石油还高的代价,碳化硅领域会重蹈覆辙吗?

  “第三代半导体”的核心材料包括碳化硅和氮化镓(GaN)等,其中前者可用于智能汽车,后者则在5G领域有广泛应用。

  碳化硅产业链的一个核心产品名为“衬底”,顾名思义就是类似于一个托盘,也即是晶片,是制作芯片的物理基础。

  碳化硅晶片的优势在于大幅减少功耗,在应用到智能汽车后,可以降低整车功耗20%,并使车辆的续航里程提升5%-15%。

  但碳化硅晶片“极其难以制造”,制作它需要一套“碳化硅晶体生长炉”,这种炉子把碳化硅原料加热到2300℃并变成气态后,再通过控制包括温度、压力在内的各种技术参数,最后结晶形成硅锭。

  这是一种复杂而昂贵的工艺,而且到目前为止,主要产能集中在位于美国北卡罗来纳州的Wolfspeed公司手中。

  Wolfspeed 前身为Cree (科锐)公司,成立于1987年,业务包括LED、照明产品,以及碳化硅材料 ,于1993年在纳斯达克挂牌上市。

  即便在中国,这也是一家声名赫赫的公司,光是在LED领域就有鸟巢、水立方等标杆式的夜景照明项目。

  在碳化硅方面,1999年Cree就投产了4英寸碳化硅晶片——同时也积累了超过400项与碳化硅有关的专利。

  但在很长一段时间内,这种过于先进的技术难以大规模产业化,导致Cree 长期亏损。

  2016年,Cree甚至打算把碳化硅业务卖给半导体巨头英飞凌(Infineon),但最终因“安全审查”未通过,交易被迫取消。

  随着智能汽车的出现,Cree找到了碳化硅材料的用武之地,于是剥离越来越惨淡的LED业务,聚焦于碳化硅晶片业务。

  为了推进转型,Cree甚至在去年把公司名称改为“Wolfspeed”,并明确了从LED转型第三代半导体的核心战略。

  技术方面,Wolfspeed的碳化硅晶片尺寸已经从4 英寸扩大到8英 寸,并计划继续扩充产能。

  Wolfspeed现在向包括意法半导体(STMicroelectronics)、英飞凌、安森美(Onsemi)等半导体公司提供晶片,用于制造碳化硅芯片。

  在4月底,Wolfspeed在美国纽约州开设了一个投资高达10亿美元的碳化硅工厂。

  咨询公司悠乐(Yole)发布的《功率碳化硅2022年度报告》显示,Wolfspeed在2021年的收入同比增长了53%。

  看上去,Wolfspeed越来越接近于上演针对中国智能汽车行业的“卡脖子”戏码。

  他所在的这家公司2006年成立,技术依托于中科院物理所,产品对标的正是Wolfspeed的碳化硅晶片,“实际上1999年我们就开始做了”。

  在他看来,Wolfspeed及其前身Cree的确有一些先发优势,无论是技术、产品还是客户资源——但中国碳化硅初创公司也有自己的特点。

  其中比较关键的两点在于,一是中国在第三代半导体材料方面的布局并不算晚,储备了相关技术;二是中国有巨大的内需型半导体市场(每年进口价值数千亿美元的芯片产品)。

  他介绍,碳化硅领域“一代材料对应一代设备,以及一代技术”,目前天科合达是国内唯一一家能够同时向客户批量供应4-6英寸导电及半绝缘碳化硅衬底的企业,正在研发8英寸晶片。

  对于中国能够较早布局碳化硅的原因,杨健认为从国家战略层面,早已看到了第三代半导体材料的价值,所以做出了相关部署。

  他指出,中国已经建立了从碳化硅基础材料到功率器件,再到模组以及终端应用的上下游产业生态,“所以我们不担心被卡脖子,甚至还有机会弯道超车”。

  公开资料显示,中国目前在碳化硅产业链的各个环节都出现了一些颇具代表性的公司——衬底(晶片)领域有天科合达、天岳先进,外延领域(碳化硅的另一个环节)的代表公司包括东莞天域、瀚天天成,器件等终端应用领域有斯达半导、泰科天润等。

  包括意法半导体、罗姆、Wolfspeed在内,均采用IDM这种垂直整合模式,即设计、制造、测试、封装、销售均掌握在自己手中。

  “Wolfspeed的IDM模式有自己的原因,它早期也面临碳化硅材料需求不足的情况,所以自己去做了下游产品(外延、器件、模组等),相当于是全产业链”,杨健表示,天科合达不会采用这种模式,而是致力于跟合作伙伴合作。

  他坦陈,早些年碳化硅技术的产业化确实是一个难题,一方面这种技术本身还有待提升,另一方面下游水平较低,没有办法找到足够的应用场景。

  一种前景光明的材料却无法快速获得广泛应用,这对一个初创公司来说是一个艰难的过程,实际上对于中国的整个碳化硅产业链也是考验。

  从2009年开始销售产品,直到2017年,天科合达的大部分产品都是出口海外,“当时国内产业链不成熟,国外有客户利用我们的晶片做一些器件方面的应用”。

  “但趋势很明确,半导体材料就是要往(碳化硅)这个方向走,包括军工、5G方面的一些发展趋势等”,杨健表示。

  随着特斯拉在2017年推出首款应用了碳化硅功率器件的Model 3,这种第三代半导体材料的应用场景被彻底打开。

  中国已经连续7年成为全球第一大新能源汽车市场,这为包括天科合达在内的碳化硅产业链龙头公司提供了崛起的风口。

  根据咨询机构Yole的统计,2018年天科合达的主力产品导电型碳化硅晶片在全球市场占有率为1.7%,排名全球第六、国内第一。

  这意味着Wolfspeed等国际龙头企业的竞争优势并非不可撼动——根据Yole市场调研报告显示,2021年Wolfspeed公司在SiC(碳化硅)晶片的市场份额为49%。

  国家集成电路产业投资基金、宁德时代、深创投、哈勃投资、中科创星、中金资本、比亚迪、天富能源等都是天科合达的投资者。

  另一个碳化硅领域的头部公司天岳先进在今年年初已经登陆科创板,目前股价维持在53元/股左右,市值约230亿人民币。

  Yole在今年3月份发布的《功率碳化硅2022年度报告》预测,2027年全球功率碳化硅市场规模将达到63亿美元(2021年是10亿美元)。

  与之相对应的是,根据研究机构EV Tank发布的《中国新能源汽车行业发展白皮书(2022年)》,2030年全球新能源汽车销量将达到4780万辆(2021年670万辆)。

  通过搜索引擎搜索“碳化硅(SiC)”,显示结果超过2600万条,而且类似于比亚迪、三安光电等公司,最近几年都开始布局这个赛道。

  比如比亚迪,根据正在等待挂牌的比亚迪半导体披露的招股书,其在2017年就参与并完成了广东省一个与碳化硅有关的省级科技计划项目,同时还自主研发碳化硅芯片设计和工艺技术。

  另外,比亚迪半导体的募资项目中,还包括一条总7.36亿元,年产能24万片的碳化硅晶片生产线。

  另外,理想汽车与三安半导体共同投资设立了苏州斯科半导体公司,专门研发碳化硅芯片。

  睿兽分析提供的信息显示,去年9月份以来,就有忱芯科技、上海瀚薪、美浦森、至信微等碳化硅初创公司一共获得了接近10亿元的融资。

  他称,自己是在看到Model 3首次搭载碳化硅功率半导体器件后(Model 3采用24个应用了碳化硅材料的逆变器),开始关注相关领域的投资机会。

  另外,从风险投资角度出发,他不想过早介入上游环节。“太上游的材料环节,投资比较大,不一定适合我们进行早期投资,可能更适合国家队或者产业基金介入。”

  机缘巧合的是,当时适逢GE正在解散自己的多个研发中心,其中也包括碳化硅领域的技术团队,这个团队想继续研发碳化硅材料应用,于是成立了“忱芯科技”。

  这个团队的技术优势主要体现在碳化硅模组封装等相对下游的环节,而且还有医疗领域的应用资源。

  冯一名告诉创业邦,碳化硅提供了更好的性能,同时其高成本属性在类似于CT、核磁共振等高价值医疗设备中并不显著,所以他很认可忱芯科技这种较轻的商业模式。

  双方很快达成了投资协议,原子创投在天使轮和Pre-A轮均投资了忱芯科技。

  “因为中国现在是全世界最大的半导体消费国,这个内在的巨大需求会给供给侧带来很多机会,尤其考虑到供应链安全的情况下。”冯一名说。

  他乐观的另一个原因是,半导体领域的人才回流也越来越多,这同样有利于技术创新。

  冯一名强调,第三代半导体的出现不是用来替换第一代半导体、第二代半导体,只不过物理性能的提升使其找到了一些新的应用场景,“比如智能汽车和5G、航天等领域”。

  在早期就关注天科合达的中科创星合伙人郭鑫表示,中国虽然在碳化硅材料研究方面着手较早,但是衬底(晶片)真正找到规模化的应用场景,大约是在2017年、2018年左右。

  这跟Cree(Wolfspeed前身)颇为相似——直到智能汽车这个新兴的应用场景出现之后,碳化硅的商业化前景才开始清晰起来。

  从世界范围看,尽管以Wolfspeed为代表的外国公司已经在技术和产能方面占据了优势地位,但中国的初创企业也在赶超。

  他表示,天科合达已经量产了6英寸晶片,产能供应量正在稳步上涨,目前正在研发8英寸。

  “晶片属于基础材料,如果下游用户依然选择国外产品,对于中国的晶片企业来说可能是一个挑战”。

  从产业链角度看,只有下游用户释放了需求、并同意小批量验证之后,上游材料研发商才能持续、正向地推进研发进程。

  而且到目前为止,这些碳化硅大厂还没有通过“卡脖子”这种手段限制供应晶片。

  在他看来,晶片这种关键基础产品之所以没有被封杀,一是因为现在碳化硅还处于推广阶段,二是海外大厂有可能是在放长线钓大鱼。

  他认为一旦(对海外大厂)形成依赖,对下游用户没有任何好处,甚至可能面临巨大风险,因为在使用国外晶片后如果遭遇“卡脖子”,切换国产不仅需要一个过程,而且也会付出巨大代价。“尤其是航天、高铁、特高压电网等关键领域”。

  但并不是所有下游用户都意识到了这一点,“他们依然购买国外的晶片,还没想过有朝一日被卡脖子的情形”。

  事实上,类似于Wolfspeed这样的公司完全有能力、也有意愿配合欧美对于中国的半导体封锁打压战略,而且看上去正在这么做。

  “天科合达的6英寸晶片量产后,Wolfspeed马上就开始大幅降价,从之前的10000元/片降到了6000元/片”。

  这种现象在中国的产业变革中已经多次出现——面板和闪存产业都是如此,中国一旦解锁了某项成就,国际竞争对手一边大幅降价,另一边就是继续放出更高的技术标准。

  而且对手还不止Wolfspeed一个,日本住友矿山和韩国SK集团都在布局碳化硅业务。

  “天科合达是质地优良的公司,但如果欧美和日本联手打压,压力将会非常大。”郭鑫不无担忧地说。

  他认为,对于中国的碳化硅产业来说,在晶片等单个环节实现了技术突破后,还需要国家层面出台相应的政策,从产业链角度提供全方位支持,包括下游企业要支持产业链上的国产企业。

  但他也强调,尽管目前遭遇打压,中国的初创企业必须坚持推进有关碳化硅的技术创新,“否则将会重蹈在第一代、第二代半导体关键材料上被卡脖子的覆辙”。

  对于最近两年的第三代半导体项目投资热潮,郭鑫也提醒,有一些创业者低估了碳化硅晶片的技术难度,“其实已经有一些过热,一些城市喊出要建设6英寸碳化硅工厂,也成立了一些创业公司,但却生产不出来(合格产品)”。

  天科合达总经理杨健也表示,碳化硅赛道很火,但是打着“国产替代”幌子招摇撞骗的人也很多,“碳化硅晶片是一个技术门槛很高的行业,一方面需要持续投入很多资金,另一方面也要有稳定的技术团队”。

  他还认为,中国在第三代半导体材料上不会被卡脖子。“从材料器件,再到模组封装,中国已经形成了一套完整的产业链,而且发展速度很快。另外,(在逆全球化背景下)我们本身也是一个巨大的市场”。

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