2010-2017年某进口名牌快速退火炉RTP大中华区代理商，经手数百台设备，熟知主流产品优缺点，技术、软件积累阶段

2018年成立“量伙半导体”，开始自行研发快速退火炉

2019年产出第一台6寸设备，交付某科研院所

2020年批量交付设备扩展到LED行业

2021年批量交付设备扩展到功率器件行业

2022年批量交付到集成电路、第三代半导体、MEMS器件等

2023年更高工艺12寸集成电路设备交付中……

☆务实高效：以事实为基础、结果为导向、科技为产力，高质量高效率达成有竞争力的目标。

☆以人为本：依靠人才，尊重人才，发展人才，成就人才。

☆坦诚开放：视野开阔，胸怀开放，说真话、讲实情，具体到事，责任落实，对项目、产品和质量负责。

☆创新进取：广泛汲取前沿知识、融汇最新科研成果、深入研究专业领域，提供更先进的芯片制造解决方案。

       ☆客户至上：以客户为中心，持续提供更好的解决方案、更优的产品和服务，为客户创造价值，通过成就客户和伙伴来成长自己。

量伙半导体设备（上海）有限公司成立于2018年，位于中国经济最发达的长三角区域-----上海市浦东新区。公司致力于半导体装备、泛半导体装备、高端智能装备的研发、设计、制造、销售及技术服务，立志为中国制造行业提供更为先进的国产化设备！经过多年努力，公司目前已陆续向市场推出4、6、8、12英寸快速退火炉RTP设备，成为国内唯一能提供全尺寸系列的RTP热处理设备专业供应商。

量伙半导体设备（上海）有限公司目前已拥有各种知识产权与软件著作、外观、结构等几十项专利，取得了ISO9001质量管理体系认证、ISO14001环境管理体系认证、ISO45001职业健康安全管理体系认证、AAA级质量服务诚信单位、AAA级信用等级认证、AAA级资信等级证书、AAA重合同守信用单位、AAA信用报告、AAA诚信供应商、AAA诚信经营示范单位、诚信企业家等证书……。

公司已获得合肥市政府专项基金投资，并与哈工大机器人（合肥）国际创新研究院达成深度合作。在合肥市设有研发、制造基地，在北京、西安等地设有技术服务中心。

公司制造中心占地面积4500平方米，拥有数十台高端辅助测试设备。工厂的工艺水平、装备能力、核心制造能力、核心试验检测能力处于国内同行业先进水平。加工、试验采用行业先进水平设计流程，为企业提高了质量保障能力、生产效率和竞争力，并降低了成本。公司的生产管理严格按照现有的国际标准质量体系IS09001执行。

公司现有员工42人，拥有经验丰富的产品研发、设计及技工队伍。其中从事产品设计研发、自动化、结构，控制软件等各专业科研人员32人，重点本科理工专业15人，研究生12人，博士5人，并设有10人的专业售后服务队伍，确保了产品现场服务和远程协调的需要。

公司管理层从事半导体设备行业二十余年，经手过数百台设备，熟知主流产品的优缺点，为快速热处理设备的技术及软件算法积累了丰富经验。自2018年成立量伙半导体以来，迅速的向市场推出了4寸、6寸、8寸、12寸快速退火炉设备。公司自主研发的快速退火炉RTP设备具有国内领先的技术水平，独特的控温设计理念配合复杂的软件算法，满足了更为苛刻条件下的工艺要求。已在众多IDM、Foundry、研究所、高校、实验室等半导体生产研究单位得到广泛应用，亦获得欧洲、亚洲的客户青睐。

丰田合成开发的可实现10,000V以上耐压的新结构GaN功率器件

 

 

快速退火炉RTP，碳化硅，芯片热处理

地球上几乎所有的能源都能转换成电力，而电能用于特定目的都需要功率调节和转换，目前主要调节功率的效率是由半导体器件性能所决定。

功率半导体主要用于电力设备的电能转换和电路控制，是进行电能处理的核心器件。包括变频、变压、变流、功率放大和功率管理，除了保证设备正常运行，还能起到有效节能作用。

美国通用公司研制出世界上第一个工业用的普通晶闸管，也使硅Si走到人们面前。但是近年来，随着技术生产的进步，硅固有的材料特性在某些领域几乎达到了理论极限，例如，高阻断电压600V以上功率器件的应用难题，即使在今天技术都很成熟的情况下，都不容易突破，由此可见，研发替代硅的新材料迫在眉睫。

90年代，新出现的碳化硅SiC，氮化镓GaN，引起了科学家的希望。

因为出色的物理性能和成熟的工艺技术，还有与硅基材料加工工艺的极大的兼容性，让碳化硅在同类宽禁带半导体胜出。以最开始商用的4H-SiC肖特基二极管为例，其导通电阻比同类硅器件低两个数量级。在同功率的等级下，碳化硅模块体积明显小于硅模块。碳化硅已经从生活中4C产业提升电能利用效率，到新能源车提高单次充电续航里程，还有光伏逆变器电能转换率，甚至大功率领域的高压直流输电系统里处处可见了。

自然界的碳化硅，又叫金刚砂，存在于岩石中。作为晶体材料于1892年通过碳和二氧化硅在1950℃的高温下放热得到。后续经美国工程师的不断改良，才得到能用于晶体生长的高纯碳化硅。直到现在逐步发展到了直径为100-200mm的碳化硅晶体的生长。

目前，碳化硅还有很多瓶颈。比如，因为技术的垄断，造价非常高。其次封装大电流、功率器件的散热问题和生长中缺陷导致的可靠性问题有待进一步突破。

碳化硅的主要生长方法：

碳化硅材料是个大家族，所有的成员从化学组成比例角度看，都是一样的，50%的碳原子和50%的硅原子。随着结构之间的连接方式发生变化，就构成了晶体结构的多型。目前被确认的碳化硅晶体有250多种。

1、 籽晶升华生长

基本原理是碳化硅粉料在高温和低压下升华产生的主要气相物质（Si，Si2C，SiC2），随着温度梯度的下降沉积在温度稍低的籽晶上，并在其上结晶。

籽晶升华生长是目前业界广泛应用的标准工艺，关键点是石墨坩埚的温度分布设计及气体浓度控制的精度。

2、 高温化学气相沉积（HTCVD）

物理气相传输技术在当今的碳化硅衬底生产中占主导地位，该生长系统基于一个立式的反应器，在反应腔体内把反应的前体（如SiH4和C2H4）在载气中稀释，然后通过加热区向上送入籽晶容器。

3、 卤化物化学气相沉积（HCVD）

卤化物化学气相沉积从经典的化学气相沉积发展而来，是在高温下生成碳化硅的工艺，用于薄层和厚层的沉积，是纯化学技术，但是后续未得到进一步发展。

4、 改良版的物理气相传输（M-PVT）

从技术上讲，此技术的重要性在于提供了一种连续进料掺杂的可能性，并且可以改善掺杂均匀性，但是该工艺尚未有进一步发展。

5、 连续进料物理气相传输（CF-PVT）

连续进料物理气相传输的优势是结合了单晶生长的物理气相传输和高温化学气相沉积的连续相，可以连续提供高纯度多晶碳化硅源。可以实现特定的过饱和控制，这是生长几毫米厚的大块3C-SiC单晶的唯一工艺。

6、 顶部籽晶液相生长（TSSG）

顶部籽晶液相生长是一项晶体生长提拉技术与助溶剂生长方法的重大发展，该技术通常在高温溶液中进行碳化硅的生长，产生的错位密度低于其他方法，60多年前人们就尝试使用这个方法，直到近期才有突破进展，成功生长出了碳化硅单晶晶体。缺点是生长速率极慢，不适用于大规模的产业应用。

目前碳化硅的缺陷：

在过去20多年中，碳化硅晶体的质量有了很大提高。但无论是单晶碳化硅衬底还是外延层的生长，仍然有各种缺陷。对碳化硅器件的性能和可靠性产生了不同程度的影响。在4H-SiC的单晶生长和外延生长中，其物理缺陷主要包括结构缺陷和表面缺陷。结构缺陷主要存在于外延层中，包括微管（MP），螺旋位错（TSD）和基矢面位错（BPD）；表面缺陷包括三角形凹坑、生长坑和胡萝卜凹槽。碳化硅中的高密度缺陷主要是螺旋位错、基矢面位错、刃型位错（TED）和堆垛层错（SF）等。

其中，碳化硅晶体中的高密度缺陷主要以螺旋位错和基矢面位错对器件的影响最大，因此必须将其密度降低到一定水平，才能确保器件可靠运行。

高温退火工艺利用

重掺杂氮的4H-SiC晶体在超过1273K温度的高温处理过程中会发生结构变化。这种结构变化归因于4H到3C晶型的转变，这是由高温退火期间双层Shockley型层错（DSSFs）的形成和扩展引起的。近来，关于重掺杂氮的4H-SiC晶体中形成DSSFs有了一系列新发现，比如在1423K的温度下退火，整体电阻率呈各向异性的增长，当退火温度继续升高，达到2073K的温度时，增加的电阻可以部分恢复，即部分下降。其中二极管的SSSFs通过低温（483-873K）退火反而逆向生长，与在重掺杂氮的材料中观察到的结果相似，SSSFs的收缩也与电阻率的恢复有关。

碳化硅外延工艺：

对所有碳化硅电子器件的制造而言，必须首先在碳化硅衬底上进行外延薄膜的生长，因为在衬底中无法进行扩散掺杂，且若在其中直接注入离子，会导致碳化硅的电气质量较差。由于同质外延生长的碳化硅薄膜具有出色的电气特性，目前几乎所有的碳化硅高性能器件都使用这种外延薄膜制造。

碳化硅薄膜的的同质外延生长可以通过各种方式实现，如气相外延（VPE）、液相外延（LPE）、气液固外延（VLS），后者是最近引入的外延制造方法，是VLS纳米线和纳米管生长的共同基础。

引用：姚玉、洪华主编【第三代半导体技术与应用】

祝贺我司中标清华大学快速热退火系统购置项目！预祝合作愉快！

据不完全统计，其中，全球前十大IDM企业中有7家在东南亚设有制造工厂，总数量在25座左右，全球前十大封测企业中也有7家设厂，总数量约11座。

东南亚全部电子元器件产能预计占到全球的20%，其中CPU、非易失性存储器和阻容制造占比高出该数值，典型代表是表中所列的英特尔、西数/希捷和三星/村田/太诱。

·      马来西亚：东南亚晶圆制造、封测巨头

马来西亚是东南亚乃至亚洲最重要的半导体出口市场之一，仅次于中国、日本、韩国、新加坡和中国台湾。同时，它也是全球封测主要的中心之一，据了解，东南亚在全球封测的市占率为27%，其中马来西亚独占一半。

据统计，马来西亚当下共有50余家半导体公司，其中大部分为跨国公司，如AMD、飞思卡尔半导体、英飞凌、意法半导体、英特尔、瑞萨、德州仪器等。马来西亚本土的半导体公司极少，知名企业有Unisem和Inari。

而在封测方面，许多国际大厂包括英特尔、日月光及英飞凌都在马来西亚设有封测厂。同时，在2018年前后，通富微电曾收购马来西亚封测厂FABTRONIC SDN BHD100%股份；华天科技携手控股股东华天电子集团要约收购马来西亚主板上市公司Unisem75.72%股权；苏州固锝分两次完成了对马来西亚封测厂商AICS公司100%股权的收购。

此外，除了封测、晶圆代工等产业外，在马来西亚设厂的被动元件公司还包含华新科（电阻）、旺诠（电阻），以及日商村田（电感、MLCC）、铝电厂Nichicon、Nippon Chemicon、固态电容厂Panasonic等。

·      菲律宾：MLCC大厂聚集地

菲律宾首都马尼拉拥有“MLCC工厂聚集地”的称号，因为这里有村田、三星、太阳诱电等MLCC大厂。据数据显示，村田在马尼拉的大厂产能占公司整体的15%，三星在马尼拉的大厂产能占公司整体的40%，此外太阳诱电在马尼拉也有MLCC生产基地。

近年来，随着汽车、家电、手机及智能设备的发展，下游对于MLCC的需求在不断扩大。以智能手机为例，2020年被称为5G元年，承载着5G智能手机大幅替换4G、3G手机的希望。

而根据市场产业研究报告数据显示，预估sub-6GHz的5G手机其MLCC用量约较4G手机多出10%，至于mmWave毫米波的5G手机的MLCC用量增加更多，大约会增加20-30%。一般来说，4G版iPhone手机的MLCC用量已超过1200颗，等到5G版，用量可能会达到1500颗。

·      新加坡：半导体产业链比较成熟

新加坡拥有从IC设计、制造、封测等成熟的半导体产业链。过去的数十年，全球半导体大厂纷纷选择在新加坡设厂，如ST、安华高科技、联发科、美光，以及分销巨头安富利和富昌等。

据数据显示，新加坡目前拥有包括40家IC设计公司、14家硅晶圆厂、8家晶圆厂、20家封测公司以及一些负责材料、制造设备、光掩膜等产业的相关企业。

·      泰国：世界第二大硬盘出口国和生产国

泰国电子信息产业发端于20世纪60年代，当时只有一些小型的电器和电子装备厂。据中国贸易网数据显示，2017年，泰国电子行业的总贸易额约为710亿美元，其中出口收入约370亿美元。2017年，泰国主要出口电子产品为电子硬件组件（包括硬盘驱动器）和集成电路。泰国目前是世界第二大硬盘出口国和生产国。同时，泰国在集成电路和半导体领域享有同等声誉，因为泰国是东盟地区这些电子产品的主要制造基地之一。

泰国的电子信息产业企业约有2068家企业。其中，约有15%为大企业，85%以小企业居多，行业工人60万人，其中65%在大公司工作，35%在小企业工作，产业分布应用电器、家用电器、计算机硬盘、集成电路等产业为主。目前泰国电子产业正处于调整生产结构的初期阶段，以符合全球市场需求，如增加对集成电路、印刷电路板和半导体等全球市场需要的产品的投资，且这些电子产品是智能手机、汽车电子系统和无线射频识别系统等电子零部件的组成部分。

·      越南：主要还是代工

目前包括英特尔、三星以及捷普(Jabil)均已在胡志明市当地的西贡高科技园区经营多年。现在有很多外资企业选择在胡志明市周遭的省分：同奈(Dong Nai)、平阳(Binh Duong)或西宁(Tay Ninh)省、河内等地投资设厂。

据美国管理会计师协会（亚洲）估算，2010年，中国的制造业工资不过每小时2美元，而到了2016年已上涨至3.9美元。相比之下，越南的制造业工资仍然在每小时1美元左右，其廉价劳动力的优势更为凸显。也因此，越南也被视为中国的替代品。

·      印度尼西亚：东南亚地区第二大汽车制造枢纽

印度尼西亚是继泰国之后东南亚地区第二大汽车制造枢纽。据印度尼西亚工业部副部长Harjanto透露，印度尼西亚政府计划引入一种财政机制，该机制可为电动汽车电池制造商和汽车制造商提供税费减免政策；此外印度尼西亚还将同对电动汽车需求较大的国家签订关税特惠协议。

据悉，印度尼西亚是东南亚地区最大经济体，拥有巨大的红土镍矿石储备，其是驱动电动车的锂电池的关键原料。因此印度尼西亚当局有意凭借巨大的红土镍矿石储备，成为地区性的锂电池生产主力并以此满足快速增长的电动车消费需求。Gartner表示，从长远来看，预计印度尼西亚将成为亚太地区的替代电子设备制造地。

除此之外，据去年外媒报道，苹果代工企业和硕科技公司也计划在印度尼西亚巴塔姆岛(Batam)开始运营新工厂。此外，和硕将对印尼新制造工厂计划长期投资3亿美元。

其实，三星电子从2000年初就已经开始了对GAA晶体管结构的研究。自2017年开始，将其正式应用到3纳米工艺，并于今年6月宣布启动利用GAA技术的3纳米工艺的量产。是全球首家将GAA晶体管结构用于晶圆制造的代工企业。据悉，我国的一家矿机芯片企业PanSemi（磐矽半导体）是三星电子的第一家客户，目前也可能是其唯一的客户。

据报道，三星电子为了解决良率问题，找到了美国的Silicon Frontline Technology，向这家企业寻求帮助。据说目前进展情况还不错。

那么，三星电子在GAA上花的时间超过了20年，为何良率问题迟迟没有得到解决呢？问题究竟出在了哪里？我们先从芯片的最基础单元------晶体管结构的发展说起，然后看看有什么应对之策。

半导体芯片其实是众多晶体管（Transistor）的集合，而晶体管其实就是一个小的开关。一个晶体管就代表了一个0或者1，也就是所谓的一个位元。在20nm以上的制程中，使用的晶体管被称为金属氧化物半导体场效应管（MOSFET：Metal Oxide Semiconductor FET）；20nm~3nm，采用的是鳍式场效应晶体管（Fin FET：Fin Field Effected Transistor）；3nm以下，采用的则是全环绕栅极场效应晶体管（GAAFET：Gate All Around Field Effect Transistor）。

部分中国传感器在性能上已经达到甚至超过国外大牌传感器，但国产传感器在良品率、一致性、稳定性等仍有差距，这也是考验国产传感器最大的难关。

本文聚焦国产MEMS传感器的产业现状，探索国产MEMS替代的难点和关键，并尝试给出结论和解决方法。文中观点较多，值得一读，特别指出：企业的研发能力是国产替代突破的核心；企业能够与下游厂商稳定合作是产品不断迭代的关键；企业有强大的资本背书亦是快速发展的动力之

MEMS是Micro Electro Mechanical System的缩写，简称微机电系统，是按功能要求在芯片上把微电路和微机械集成于一体的系统。
MEMS基于光刻、腐蚀等传统半导体技术，融入超精密机械加工，并结合力学、化学、光学等学科知识和技术基础，使得一个毫米或微米级的MEMS具备精确而完整的机械、化学、光学等特性结构。
MEMS产品主要可以分为MEMS传感器和MEMS执行器，其中传感器是用于探测和检测物理、化学、生物等现象和信号的器件，而执行器是用于实现机械运动、力和扭矩等行为的器件。
图1  MEMS传感器及局部显微放大资料来源：Vesper图2  MEMS传感器工作原理资料来源：前瞻产业研究院图3  MEMS传感器分类资料来源：赛迪顾问
MEMS传感器是采用微电子和微机械技工技术工艺制造出来的微型传感器，种类繁多，是使用最广泛的MEMS产品，通过微传感元件和传输单元把输入的信号转换并导出另一种可监测信号。
与传统工艺制造的传感器相比，它具有体积小、重量轻、成本低、功耗低、可靠性高、适于批量化生产、易于集成和实现智能化的特点。
MEMS传感器应用领域广泛
作为获取信息和实现交互的关键器件，MEMS对机械系统的微型化起着重要的推动作用。MEMS传感器已在汽车电子、消费电子、航空航天、生物医学、工业等领域得到了广泛的应用。
消费电子和汽车为目前MEMS最主要的应用领域。从2019年全球MEMS市场结构来看，消费电子为主要应用领域，占比接近60%；汽车为第二大应用领域，占比约19%。从2019年中国MEMS市场结构来看，网络与通信、计算机、消费电子合计占比50%，汽车领域占比29%。
随着新能源车渗透率进一步提升与物联网的发展，在2019年，网络与通信、汽车电子占据MEMS市场应用半数以上的份额，随着5G、智能网联的落地，MEMS的渗透率将继续提升，上述领域的市场空间有望进一步打开。
图4  2019年全球MEMS市场结构资料来源：Yole Development，国泰君安证券研究图5  2019年中国MEMS市场结构资料来源：Yole Development，国泰君安证券研究
MEMS传感器发展历程
第一阶段是从1990年到2000年，汽车的电子设备以及应用逐渐增多推动MEMS传感器应用落地，例如：安全气囊、制动压力、轮胎压力监测系统等。对这些需求的增长，使得欧洲、日本和美国的企业开始研发并且大量生产汽车周边所用的MEMS传感器产品；
第二阶段是从2000年到2010年，驱动力为消费电子的快速发展。消费电子产品如手机、平板电脑、笔记本电脑等要求MEMS传感器产品有更小的体积和更低的能耗表现；

第三阶段是从2010年到2020年，物联网产业的快速发展，使得MEMS传感器行业拥有了巨大的发展空间。除了智能手机、平板电脑等消费电子之外，MEMS传感器将会在AR/VR、智能手表、智能驾驶、智慧物流、智慧医疗等领域广泛应用。

第四阶段是从2020年起，随着自动驾驶、5G发展以及物联网普及，MEMS的发展空间被进一步拓展，通过提高MEMS传感器产品各项性能，以满足更小、更低能耗、更高性能的需求。
图6  MEMS传感器的发展阶段资料来源：爱集微，国泰君安证券研究

行业刚刚步入成长期

从市场规模来看，据Yole统计及预测，2019年全球MEMS市场规模为115亿美元，COVID-19导致2020年市场增速放缓，从2021年起市场将恢复增长，预计到2025年市场将达到近177亿美元，2019-2025年的复合年增长率为7.4％。
在中国消费电子、汽车电子以及工业快速发展的背景下，中国是过去5年MEMS市场规模增长最快的国家，也是全球最大的电子产品生产国。手机以及平板对MEMS产品需求非常大，中国的手机出货量为全球第一，手机产业所需的光传感器、运动传感器等MEMS传感器供应商已经将中国视为最重要的市场。
根据赛迪智库的统计，2019年中国市场规模约600亿元，占全球市场比例约54%；国内市场增速持续高于全球，预计2022年中国MEMS市场规模将超过1000亿元人民币。
图7  全球MEMS市场规模增速加快资料来源：Yole Development，赛迪顾问，国泰君安证券研究图8  中国是过去5年MEMS市场规模增长最快的国家资料来源：赛迪顾问，国泰君安证券研究
从产品结构上看，目前全球排名前五的MEMS传感器细分领域为射频、压力、麦克风、加速计和陀螺仪，占比接近65%；中国市场的这一排序为射频、压力、麦克风、惯性和加速度计，与全球市场相似。
根据Yole预测，2024年市场规模在10亿美元以上的MEMS传感器细分领域包括射频、惯性组合、超声指纹、压力、麦克风和喷墨打印。
图9  2019年全球MEMS市场结构（按器件类型）资料来源：Yole Development，国泰君安证券研究图10  2018-2024年MEMS产业规模与复合增速资料来源：Yole Development，国泰君安证券研究图11  不同领域MEMS市场规模预测（亿美元）资料来源：Yole Development，国泰君安证券研究
从应用终端来看，根据Yole的预测，在物联网和手机5G换机的驱动下，全球消费级MEMS市场规模有望从2019年的68.7亿美元增长至2025年的111.4亿美元；在智能汽车渗透率提升的带动下，汽车MEMS市场规模有望从2019年的21.8亿美元增长至2025年的26亿美元，期间的CAGR为3%。另外，工业、医疗、通信、国防、航空领域的市场需求也在提升。
从技术成熟度角度来看，国内MEMS技术发展目前尚处于起步阶段。在产品研发方面，我国虽然申请专利数量在世界上排名第三，但是专利质量较差，核心专利较少；而且，申请专利的单位主要以高校和研究所为主，产业化程度低，仍需要成果转化。
在封装制造方面，国内缺少代工经验，国内代工企业制造出来的MEMS传感器可靠性和良品率不能完全达到规模化生产的要求，距离市场应用仍有一定差距。
在企业规模方面，国内大部分企业为中小型企业，资金不足、吸引人才能力差，导致科研能力较弱，且与高校和研究所合作的通道难以打开。

从经营规模和利润水平来看，国内半导体企业和国外龙头企业仍然有明显的差距。国际龙头公司博通于2019年实现营业收入225.97亿美元，对应销售毛利率为55.2%。意法半导体公司2019年营业收入154.16亿美元，毛利率为38.7%；德州仪器2019年营业收入143.83亿美元，近几年毛利率一直为50%多，甚至60%以上。
反观国内企业，国内排名第一的企业歌尔股份2019年营业收入大概50.68亿美元，毛利率仅为15.43%。国内企业与国外巨头对比，营收规模和盈利能力仍有较大差距。 
图12  部分MEMS上市公司历史毛利率（%）资料来源：Wind，国泰君安证券研究
从竞争者数量来看，由于MEMS传感器类型较多，生产厂商众多。2019年中国MEMS市场主要以外国厂商为主，博通和博世并驾齐驱，其他主要竞争者包括意法半导体、德州仪器、Qorvo等。
美国厂商占比超过半数，欧美、日本厂商在MEMS主要的芯片和微机电制造领域相对发达。国内的竞争者也有不俗表现，歌尔股份在2019年首次跻身全球MEMS厂商前十，瑞声科技排名22；代工厂领域，赛微电子控股公司Silex排名第一。总体来看，国际竞争者优势明显，但国内企业新秀在加速追赶。
图13  国内MEMS传感器行业刚刚步入成长期资料来源：国泰君安证券研究
综上对市场规模、技术成熟度、企业经营状况、竞争者数量等方面的分析，我们判断，国内MEMS传感器行业的国产替代尚处于成长初期，MEMS国产企业正在加快追赶行业巨头。随着物联网、智能汽车、5G技术的发展，国内MEMS传感器产业将保持继续增长，国产替代步伐有望加速。

国产MEMS厂商发展空间大

1.国家政策大力支持MEMS传感器产业发展
MEMS传感器在现代化科技，例如物联网、智能制造、智能物流等方面起着非常重要的作用。中国是全球MEMS传感器最大的市场，中国MEMS传感器市场不管是从规模还是重要程度都是值得关注的一个市场。
国家传感器产业发展的政策环境持续优化，随着“制造强国战略”、“互联网+”行动计划的大力推进，传感器技术及传感器产业的重要性将日益凸显，可以预见，未来传感器技术将是我国科技发展的重中之重。
表1  国家发布的部分MEMS传感器产业政策资料来源：国务院，国家发改委，工业和信息化部，国泰君安证券研究
2.下游市场的需求促进MEMS产业市场持续增长
消费电子领域是MEMS的第一大市场，主要得益于智能手机、可穿戴设备和智能家居等领域市场的日益增长。中国作为全球最大的电子产品生产基地，消耗了全球近一半的MEMS器件。
中国MEMS消费电子类产品，例如智能手机、平板电脑等销量的持续增长，带动了加速传感器、麦克风等MEMS行业的增长。此外，随着智能驾驶和新能源汽车的发展，汽车电子领域MEMS市场快速增长，2019年市场份额达到17.8%，位居第二。
政府大力支持5G领域，中国已经形成了充满活力的5G产业市场。投资者对5G市场充满信心和希望，为5G的推广应用提供了广阔的发展空间。
5G是万物互联的基础，也推动万物互联加速发展，物联网成为所有行业期待的下一个“风口”，全球物联网产业迅速发展。中国物联网市场增速领先全球，成为全球最活跃的物联网应用市场，赛迪顾问预测，中国5G市场将持续高速增长。
图14  中国2020-2025年中国5G投资预测资料来源：赛迪顾问，国泰君安证券研究
在物联网领域，市场正推动着MEMS传感器市场高速发展。MEMS传感器在连接模拟与数字世界的过程中扮演着关键角色，其对周围环境的感知和数据采集让我们对各种设备和系统的正常运行有客观而全面的了解。
据全球移动通信系统协会GSMA统计，全球物联网设备数量已从2010年的20亿台，增长到2019年的120亿台，未来受益于5G商用化和Wi-Fi6的发展，物联网市场潜力巨大。GSMA预测，到2025年全球物联网设备将达到246亿台，2019到2025年将保持12.7%的复合增长率。
图15  物联网设备数快速增长（单位：十亿）资料来源：GSMA，国泰君安证券研究
在医疗领域，COVID-19给整个世界带来了巨大的灾难，但是这使得医疗MEMS传感器市场大幅增长。不管是电子体温计，还是诊断设备，或者是呼吸机，这些医疗设备都脱离不了MEMS传感器，使得这些领域的市场规模飞速增长。
Yole预测，医疗MEMS市场2020年会有10.6%的增长。此外，疫情增强了人们对于健康的重视程度，加速了医疗消费市场的发展，时时监控身体指标的可穿戴医疗设备也迅速发展起来。
由于疫情防控的原因，无接触服务、机器人配送、机器人加工厂等需求的激增，间接地促进了MEMS产业的快速发展。
此外，人们对于自动化的习惯养成，导致即使疫情在未来的某一天结束，人们仍然依赖于基于MEMS的无人化、自动化服务，所以产业并不会缩水，而是会继续保持增长。
3. 国产MEMS传感器企业发展面临一定技术挑战
中国MEMS产业起步并不比国外晚很多，从设计、制造和封装三个环节来看，现有的技术条件已初步形成MEMS设计、加工、封装、测试的一条龙体系，为保证我国MEMS技术的进一步发展提供了较好的平台。
但是，由于历史原因造成的条块分割、力量分散，再加上投入严重不足，尽管已有不少成果，但在质量、性能价格比及商品化等方面与国外差距还是很大。
MEMS的技术研发需要比较长时间的投入，一款传感器的研发一般需6-8年，加之测试、导入产业链的时间，一般需要接近二十年。再加上产品的价格并不与产品的重要性或者开发难度成正比，导致中国MEMS企业无法在价格战中获利。
因此，中国企业需要提升产业链配套能力并强化上下游合作，同时积极探索新材料、集成技术在MEMS器件上的突破，探索新的市场机会。
上游的研发设计集中在高校、科研院所和研发中试平台。MEMS技术涉及到微电子、机械、材料、化学、物理等诸多领域，学科交叉程度很高，研究难度较大，设计周期长，往往需要数年才能够量产。
目前企业具备一定创新能力，但业务重合度高，产品定位中低端，行业整体营收规模偏小。MEMS设计属于产业链高附加值环节，国内企业产品以力学传感器为主，在市场中处于中低端水平。

中游的生产制造中，MEMS的基础材料属性，例如结构机械特性、材质化学特性，是决定产品性能的根本因素。因此，MEMS器件依赖各种工艺和变量，一种MEMS产品往往对应一种工艺流水线，研发团队一般需要多年的改进和测试才能商品化。
MEMS代工可分为中试线、IC代工和MEMS专业代工三种。
中试线多以高校及科研院所为主体，作为产业共性技术研发平台，不以盈利为目的，产能有限。IC代工厂MEMS业务处于起步阶段，能力较为薄弱，国内具备一定规模的设计企业基本选择国外代工厂。
专业代工方面逐渐从收购走向自建，比如：2015年底，国内厂商耐威科技收购瑞典MEMS代工厂Silex Microsystems，从而一举掌握全球领先的MEMS代工技术；2019年，罕王微电子、西安励德微系统等一批企业相继落地MEMS产线，进入专业MEMS代工领域。

封装技术大多来自集成电路封装技术，但是MEMS产品更为丰富，所以技术更复杂、困难，导致封装技术成为各大外包半导体封装测试厂争取领先的领域。
封装制造过程中，由于中国起步较晚，和美国、日本、德国等制造强国的制造能力和精度相比还是有一定的差距，制作出来的MEMS传感器在寿命和精度上较差且质量层次不齐，产品竞争力较低。虽然国内MEMS代工落后于国际大厂，但封装测试技术起步较早，取得了不错的成绩，已具备国际竞争力。
其中，以MEMS麦克风为主要产品的歌尔股份和瑞声科技，由于商业模式为购买国外设计厂商的MEMS产品IP，委托代工制造后自己完成产品的封装测试及销售，因而存在一定的溢价空间，现跻身全球MEMS TOP30的阵营。

下游的应用产业中，消费电子是第一大市场，主要是近些年智能手机、可穿戴设备等市场的快速增长，国产智能设备厂商比如华为、小米、vivo等迅速发展。其次是汽车电子，汽车智能化要求高精度的传感设备，下游的国内汽车厂商如比亚迪、蔚来、小鹏也发展得如火如荼。此外，还有医疗设备、工业4.0、物联网等也是发展较快的下游应用产业。国内产业链下游需求企业快速发展，势头良好，但是核心技术仍然需要国外支持，自主研发能力相对较差，企业已经意识到自主创新能力的重要性并持续发力。
4.流向MEMS产业的资本大幅增多
由于MEMS产业是新时代科技发展的基础，而且政策扶持力度较大，中国的MEMS行业投融资案例不管是从数量，还是从金额角度来看，都逐年增加。从金额来看，2019年投资金额是2018年的2倍左右，虽然一级市场投资整体遇冷，但MEMS产业的投资热度有增无减。
从细分领域来看，MEMS+AI、射频MEMS、光电MEMS、生物MEMS这四个领域的投资案例数量和金额都是最多的。投资数量和金额的大幅上升，表明资本市场对于MEMS产业的关注度正在上升。从地域分布来看，北京、广东、上海、浙江和江苏的投资案例数量居首。
图16  2017-2019年中国MEMS行业投融资情况资料来源：赛迪顾问，国泰君安证券研究图17  2019年中国MEMS行业细分领域投融资金额情况资料来源：赛迪顾问，国泰君安证券研究

中国设计和代工有待加强，封测具备竞争力

类似于集成电路行业，MEMS产业链主要涉及设计研发、生产制造、封装测试、系统应用四大环节。MEMS产业链的上游包括MEMS器件设计、材料和生产设备的研发和供应，中游包括MEMS器件的制造加工和封装测试、下游使用MEMS产品集成终端电子产品。
上游芯片设计企业专注于MEMS芯片及其产品结构的设计，完成设计后交由第三方晶圆厂生产制造出MEMS芯片，经过封装测试后实现向消费电子、汽车、医疗和工控等应用领域客户的出货。目前，国内公司MEMS涉及制程主要在0.25-1微米区间，制程并非产业链的制约因素，功能与结构相对而言更为重要。
图18  MEMS产业链资料来源：国泰君安证券研究
中游生产环节主要有Fabless和IDM两种模式。Fabless模式是目前主流的生产模式，是以设计为主的垂直分工模式，企业主要负责MEMS产品的设计与销售，将生产、测试、封装等环节外包，典型的企业有楼氏、HP、佳能等；IDM模式是集成器件制造模式，也是目前国际大厂主要的商业模式，典型的IDM厂商有Bosch（博世）、三星、TI（德州仪器）、东芝、ST（意法半导体）等。
图19：MEMS产业链下游发展情况资料来源：Yole Development，国泰君安证券研究
下游厂商企业主要可以归为两类：一是提供解决方案的厂商，根据下游的需求提供灵活定制支持的产品，再销售给终端厂商通过简单的软件调试即可使用；二是提供终端产品的厂商，一般是专注于特定领域，但研发成本较高、研发周期较长。第一类厂商更符合大众消费市场的产品，第二类产商更适合专用领域的产品。
图20  2019年中国MEMS市场应用结构（%）资料来源：赛迪顾问，国泰君安证券研究

国内MEMS传感器企业发展机遇与挑战并存

1.供应商议价能力一般
MEMS上游供应商主要提供原材料，主要是硅基材料。MEMS采用的材料与传统半导体的材料基本一致，供应市场已经成熟，竞争较为激烈，形成了买方市场。MEMS传感器供应商面对大型代工厂客户和代工厂客户群时，这些代工厂厂商依靠强大的市场影响力，要求供应商提供价格较低的原材料。但近两年，受到原材料提价以及晶圆生产能力的限制，MEMS的晶圆环节受制，常规的6英寸、8英寸产品普遍缺货，供应商议价能力水涨船高。可见，供应商议价能力受到市场供应的影响较大。
2.购买者议价能力偏高
MEMS企业加大科研力度，提高各自的核心竞争能力，使得技术飞速发展，产品更新换代加快，降价速度提高。
物联网迅速发展再加上消费电子市场更新换代加快，使得许多企业加入市场，竞争逐渐激烈。这使得终端消费市场价格逐渐降低，生产商、研发商都要降低售价；同时终端消费市场的扩大提高了终端销售商的体量，提高了购买者的议价能力。
另外，由于国内企业大多擅长的为中低端产品，也面临竞争者众多的格局，需要通过价格战来保证市场份额。可见，购买者议价能力偏高。
3.新进入者在现存领域难以参与竞争
MEMS传感器行业壁垒较高。首先是资金壁垒，由于产品有着非标准化的特点，MEMS企业无法仅仅通过单一工艺支持某种产品，除了都使用硅材料之外，没有通用的基础元件，意味着每一种MEMS产品都需要有不同的工艺流程。
而一个企业往往需要同时对多个产品进行设计研发、试加工制造、质量测试等步骤，存在大规模资金投入。其次是技术壁垒，MEMS的设计需要多学科领域交叉，设计难度大。加工过程中，每一类产品都需要不同的加工工艺，每一项工艺都需要工艺开发和优化的步骤，同时由于新进入企业的经验不足，难以满足加工的精度和质量，加工难度较大。
最后是人才壁垒，新进企业由于知名度较小，吸引人才能力较弱，致使创新能力和核心竞争力难以超越现存企业。但是随着新技术的不断开发、细分市场以及应用的开辟，这些领域由于所有企业起步差距不大，给了一些新进入企业发展机会。
4.现有竞争者的竞争程度激烈
目前，美国企业占据了一半国内MEMS市场份额，再加上欧洲和日本的企业，国外企业博通、博世、意法半导体、德州仪器等占据了国内绝大部分市场。从主要的上市企业来看，国内企业中年过百亿营收的传感器企业仅有2家，这与国内传感器企业发力晚、竞争大有关联。
我国国内供给能力不足，特别是高端产品几乎全靠进口补给，80%的芯片依赖国外；剩余的份额也只集中在几家上市公司手中，如歌尔声学、水晶光电、汉威电子、士兰微和金龙机电等5家公司占领国内MEMS市场的40%以上；国内MEMS企业中70%的是中小企业，产品主要集中在中低端。总体而言，我国企业目前的现状为中低端产品竞争激烈，而在高端产品竞争中没有竞争力。
5.目前基本没有替代品威胁
MEMS传感器就是传统传感器的替代品，相比传统传感器有以下优势：微型化、重量轻、耗能低。MEMS器件体积小，一般单个MEMS传感器的尺寸以毫米甚至微米为计量单位。同时，微型化以后的机械部件具有惯性小、谐振频率高、响应时间短等优点。
此外，MEMS传感器更适合批量生产，批量生产可大大降低单个MEMS的生产成本。加工集成化，单颗MEMS往往在封装机械传感器的同时，还会集成其他芯片，方便控制MEMS芯片。
智能式传感器具有信息处理功能，通过软件可修正各种误差，大大提高了传感器精度，提高了传感器的可靠性，改善整个系统的抗干扰件能。在相同精度的需求下，多功能智能式传感器与单一功能的普通传感器相比，性价比明显提高，且多功能智能式传感器可以实现多传感器测量多个综合参数。综合以上优点，MEMS传感器的替代品威胁非常小。

竞争格局及KSF分析

1.MEMS竞争格局较为分散
MEMS产业曾是美国、欧盟、日本三分天下之势，且各有千秋。美国以军促民，发挥军政产学研协同效应，在MEMS技术综合实力方面具有领先优势；日本则在汽车电子用MEMS、机器人用MEMS等方向能力突出，在全球前10名MEMS巨头中，日本的数量常年与美国一致，但企业规模略逊于美国；欧盟在汽车电子用MEMS、消费电子用MEMS占有重要的市场份额，拥有超过100家的MEMS芯片研发和生产机构。
中国MEMS市场长期以国外厂商为主，其在MEMS技术中各环节均较为成熟，在使用寿命和产品精度上优势明显。
2019年，中国MEMS市场厂商前十名为博通、博世、意法半导体、德州仪器、QORVO、惠普、楼氏、恩智浦、歌尔和TDK，其中美国公司占比达到54%。中国企业歌尔挤入前十，且2019年MEMS收入同比增长达36%，远超同行业其他头部公司；瑞声科技排名第22位，收入同比增长11%，同样高于行业整体水平。
图21  2019年中国MEMS市场厂商结构资料来源：赛迪顾问，国泰君安证券研究
目前，国内MEMS传感器厂商整体规模不大。除歌尔与瑞声年营收在1亿美元以上，美新半导体、美泰科技、芯奥微等本土MEMS传感器厂商年营收均在6000万美元以下，整体规模较小。
另外，国内厂商经营产品种类较为单一，产品线多数为一条，多为元器件供应商，解决方案供应能力较差。而国际巨头Invensense、英飞凌等国外厂商拥有2到3条产品线，博世、电装、意法半导体等MEMS产品线超过4条且具备一体化解决方案供给能力。相比之下，小供应商很难在较短时间内实现大批量生产制造，因此排名靠前的大供应商市场份额相对稳定，市场集中度较高。
2.国内企业KSF分析
首先，企业的研发能力是国产替代突破的核心。目前，国内MEMS的研发多在于研究所和高校，企业研发能力相对较差，而MEMS产业作为新科技的基础，有突破性的新产品或者进步巨大的改进是其在市场中站稳脚的重要途径，所以创新型和有自己核心竞争力的企业是值得被关注的。
例如，歌尔股份是微麦克风领域的前列企业；苏州固锝子公司的加速传感器在国内销量排名第一；汉威电子的子公司炜盛科技的气体传感器取得了阶段性成果，可适用于气体检测产品、智能穿戴设备等。
其次，企业能够与下游厂商稳定合作是产品不断迭代的关键。国内需求巨大，国内优秀厂商与国内大型企业合作有先天优势，但国内厂商基本以Fabless形式为主，相较于IDM企业，供应链以及销售链不完善，没有稳定的上、下游厂商是一大问题，所以产业链完整、和大型下游企业有稳定合作的企业，以及存续时间较长、体系完整的企业也值得被关注。
此外，芯片设计和供应能力是MEMS传感器应对技术迭代和革新的根本，故而国内专注于MEMS领域研发设计的半导体厂商拥有广阔的进口替代和创新的市场机会。

最后，企业有强大的资本背书亦是快速发展的动力之一。由于MEMS企业初期发展投入大、盈利难度大，发展所需的资金、人才等资源较多，有大企业支持或者较强投资背景的企业发展可能更加迅速。
表2  MEMS非上市公司资料来源：企名片，国泰君安证券研究

主要结论

主要结论一：MEMS传感器种类丰富且应用广泛，是获取信息和实现交互的关键器件。随着物联网、5G、智能驾驶等产业的加速渗透，应用需求广泛且市场巨大。
根据赛迪智库的统计，2019年中国市场规模约600亿元，占全球市场比例约54%，且国内市场增速持续高于全球，预计到2022年，中国MEMS市场规模将超过1000亿元人民币，国产替代需求强烈。但国内MEMS传感器产品技术与性能跟国外巨头相比仍存在一定差距，我们判断，MEMS产业仍然处于成长期初期。
主要结论二：MEMS传感器产业发展的驱动条件良好，政策支持、需求增长、供给丰富、资本重视、技术迭代，但产业链的工艺水平仍有提升空间。考虑到国际龙头虽然毛利率水平高于国内厂商，但产品定价较高，给了国内企业一定的成长空间。同时，由于MEMS定制化的特性，国内部分企业有望在新的细分领域取得技术突破。

主要结论三：相较于发达国家企业，国内厂商发展较晚且市场占有率低，绝大部分市场被美、日、德厂商占据。
本土优势主要在下游的应用、模式的创新以及对多元化市场需求的把握上，近几年来随着指纹、图像、声音传感器应用落地，拥有产品创新以及存续时间较长的企业有望获得更大的成长空间，各细分领域均有望涌现出优质公司。

--行业领先、亚洲第一、世界一流--

量伙半导体设备（上海）有限公司成立于2018年，位于上海市浦东新区，公司专注于半导体芯片设备的研发、生产和销售。公司在安徽合肥设有研发、生产基地，在北京、西安设有办事处。公司自主研发的快速退火炉RTP具有国内领先的技术水平，已在fab厂、研究所、高校等芯片生产单位得到广泛应用。 公司产品广泛应用于集成电路领域，功率器件领域，第三代半导体领域以及传统LED领域。

现在由量伙的小伙伴们给大家带来前方第一手现场图片。

雷声很大，但雨点很小。

不知道你是否注意到，近两年安卓手机的充电速度越来越快了。

从“充电五分钟通话两小时”的65W快充发展到如今最快150W-200W，高达4000mAh的手机电池，8-10分钟就可以充满电量，可以说部分消费者使用手机的习惯已经随着快充技术的成熟彻底改变。

同样的升级也正在新能源车领域上演。近期小鹏汽车上线了S4超快充首桩，可以在小鹏G9车型上实现“充电5分钟续航200公里”的提升，还由此引发了“纯动、混动，谁是新能源车未来”的讨论。

这些变革背后，都离不开一条共同的新赛道——第三代半导体。

所谓第三代半导体，指的是以碳化硅、氮化镓为代表的第三代半导体材料。与前两代半导体材料相比，其最大的优势是较宽的禁带宽度，更适合于制作高温、高频、抗辐射及大功率的电子器件，因此在5G基站、新能源车、光伏、风电、高铁等领域有着很大应用潜力。

我国在第三代半导体领域与国际先进技术的差距较小，且新能源发展国际领先、有广泛的第三代半导体应用市场，因此这一赛道也被普遍认为是中国在半导体领域“换道超车”的重要机会，受到了政策的高度重视。国家“十四五”规划和2035年远景目标纲要都明确指出“支持碳化硅、氮化镓等宽禁带半导体发展”。

政府的政策鼓励、广泛的下游应用市场和国产替代机遇，让第三代半导体概念在资本市场上颇受追捧。第三代半导体板块指数（885908）在去年和今年均经历过一次大的上涨周期，涨幅接近100%；国内碳化硅外延片生产商凤凰光学去年股价最高涨幅超过3倍。

第三代半导体板块表现（2020年9月至今）

同时，和所有的新兴产业一样，在换代超车的美好愿景、资本追捧的狂热背后，还有不少问题有待解决。

虽然下游应用广泛，但受限于市场规模，第三代半导体潜在的市场空间并不算大；虽然政策支持国产替代、资本市场热捧，但目前国内玩家相关业务的收入和利润仍然微乎其微。

总的来说，第三代半导体目前的雷声很大，但雨点还小。

01“换代超车”

电动车是第三代半导体材料最核心的主要应用市场之一。

如果说未来是属于新能源的时代，那么以碳化硅（SiC）、氮化镓（GaN）为代表的第三代半导体也将随之占据舞台的“C位”。

第三代半导体材料本身具备高频、高效、节能等特性。相比第一代硅基半导体材料，其在高功率、高频高压高温场景下有明显优势——相同规格下，碳化硅基MOSFET的尺寸只有硅基的1/10，但导通电阻是后者的1/100。与硅基IGBT相比，碳化硅基MOSFET的总能量损耗可以降低70%。

因而在新能源车、光伏、风电、5G通信等领域，第三代半导体都有着很大应用潜力。

今年以来，尽管半导体行业处于逆周期，但800V汽车电驱系统、高压快充桩、消费电子适配器、数据中心及通讯基站电源等细分市场的快速发展，推升了第三代功率半导体的市场需求。

电动车是第三代半导体材料最核心的主要应用市场之一。尤其碳化硅功率器件，60%以上用于电动车领域——包括汽车空调、DC/AC主逆变器、OBC车载充电器、DC/DC变换器都需要用到SiC器件。SiC器件可以让电机控制器的体积减少30%，重量随之减轻，转换效率平均大约有5%的提升。

目前特斯拉、比亚迪等车企已经开始将SiC器件应用于其新能源汽车的主控电路中。这带动了一波碳化硅的“上车潮”。国内的小鹏、蔚来、理想等造车新势力，都已推出或宣布推出SiC模块。

另外在光伏、风电和储能逆变器领域，耐高压的SiC器件有望大量应用于大功率组串和集中式逆变器当中；GaN功率器件则更多应用于至高5kW的住宅用微型逆变器中。两者都可以有效提升能量转换效率，提升设备循环寿命。根据CASA数据，2020年光伏逆变器中碳化硅器件渗透率为10%，后续还会不断提升。

众所周知，我国已成为新能源汽车最大的生产国和全球最大的新能源汽车市场，光伏和风电装机量规模也均是世界第一，发展高效节能的第三代半导体对于我国有着重要意义。在“双碳”目标的加持下，国产第三代半导体正迎来难得的发展机遇。

有业内专家统计，2030年中国年用电总量将超过10.5万亿度，如果用SiC器件全面替代硅器件做能量转换，那么每年可以节约上万亿度的电，这一数字相当于10个三峡大坝的年发电总量。

更关键的是，目前第三代半导体处于研发的早期阶段，竞争相对没那么激烈、技术差距较小，我国和国际上其他龙头大厂是在差不多的起跑线上起步。

且第三代半导体产品主要使用成熟制程工艺，与动辄几纳米的硅基半导体不同，它们还远未达到几纳米级别，都在100纳米以上，因此并不需要如荷兰ASML的高端光刻机，也避免了被其卡脖子。

在第一代、第二代半导体落于下风的情况，第三代半导体是几个重要领域的关键突破口，我国最有希望在这一领域“换道超车”。

02“开胃小菜”

有着广泛下游应用和巨大经济价值的第三代半导体，只是一碟“开胃小菜”。

第三代半导体有着诸多性能上的优势，也有国内大市场和国家政策为重要支持，但与此同时，它也有一个不可忽视的缺陷——市场很小。

如前文所言，碳化硅和氮化镓是半导体应用材料的双雄。TrendForce集邦咨询研究预测，碳化硅功率元件到2025年的全球市场规模将达到33.9亿美元，年复合成长率高达78%，而氮化镓功率元件至2025年市场规模仅为8.5亿美元。与规模高达数千亿美元的第一代半导体相比，这一市场要窄了不少。

可能会有人觉得不可思议，有着广泛下游应用和巨大经济价值的第三代半导体，为何只是一碟“开胃小菜”。

这或许是由于“第三代半导体”的称呼让人产生了错觉。实际上，第三代半导体并不是第一代和第二代半导体的升级，并不比前两代更加先进，三者其实是共存的关系，各有各的优势和应用领域：

第一代半导体以硅材料为主，应用极为广泛，其主要细分领域包括了集成电路、光电子、分立器件、传感器；从昂贵的英伟达显卡、苹果M1芯片，到只有几分钱一个的二极管都属于第一代半导体；

第二代半导体以砷化镓、锑化铟为代表，主要应用于移动通信、无线通信、光纤通信、LED、卫星导航等领域；

第三代半导体以氮化镓、碳化硅为代表，其主要应用于新能源车、光伏、风电、5G通信等领域。

从整体产值规模来看，第三代半导体目前还是一个小众市场，第二代、第三代半导体市场占比加起来不过 10%。

台积电董事长刘德音曾在2021年公开表示，第三代半导体产值小，无法与硅基半导体相比，是特殊技术。“尽管备受期待，但目前有一部分是广告效果。”

从产品细分领域来看，第三代半导体主要应用于功率器件，属于分立器件、独立器件的层面（与集成电路相对立），其应用的产品范围比第一代硅基材料要窄得多。

从价格层面上，第三代半导体虽然是新兴技术，但新主要体现在材料处理上，使用的还是成熟工艺，技术门槛并不算很高。功率器件也很难像高端集成电路一样卖出高价，获得高利润。

以氮化镓mosfet为例，其单颗价格大约是硅基mosfet的6倍，但在1688网站上的单个批发价格也不到10元，与高端集成电路如单颗售价上千元的高通骁龙旗舰芯片有着显著差别。这也造成其市场规模整体不大。

03“四足鼎立”

国内的竞争却要比国际上更加激烈，众企竞逐，格局混乱。

由于使用成熟工艺，第三代半导体的技术门槛并不算很高，又由于整个赛道仍然处于初级阶段，本身就不大的市场上吸引了众多企业涌入，显得格外拥挤。

全球范围内，有专家指出，美国、欧洲、日本、中国在第三代半导体发展上处于“四足鼎立”状态。英飞凌（欧洲）、意法半导体（欧洲）、三菱电机（日本）、安森美（美国）、瑞萨电子（日本）等玩家凭借着在硅基功率器件的制造经验，都在布局第三代半导体的制造。

并且由于历史原因，这些国际对手的技术水平上仍然领先于我国本土企业。

但国内的竞争却要比国际上更加激烈，众企竞逐，格局混乱。从衬底、外延、到设计、制造、封测领域，以三安光电、闻泰科技、露笑科技、新洁能、时代电气、山东天岳、士兰微、扬杰科技、斯达半导、宏微科技等半导体公司都在加速布局。

士兰微股价表现（2021年初至今）

且第三代半导体不需要像台积电那样一座晶圆厂动辄投入数百亿元，大约10亿元就能建起一个一般规模的制造厂。中芯国际创始人张汝京就曾表示，第三代半导体材料和器件的生产制造投资金额较小，并且周期较短。叠加行业的技术门槛并不高，这些都在客观上助推了行业的激烈竞争。

受到了来自资本市场、媒体舆论等多方面的追捧与期待，但第三代半导体业务对于国内玩家们真实的业绩贡献，在现阶段还不算高，尤其是新玩家，能展示在财务报表中的收入和利润更少。

以龙头企业三安光电为例，2021年集成电路芯片业务营收15.33亿元，仅占其总营收的12.2%；且该业务中还包含了激光器及探测器芯片、砷化镓射频芯片等相当部分非三代半导体的产品。至今其主力业务还是LED芯片。

对于士兰微、新洁能、闻泰科技、扬杰科技等功率半导体玩家来说，还需要面临的一个问题是碳化硅、氮化镓功率器件，是否会对其原业务硅基功率器件形成替代，一旦新技术、新产品跟不上，其业绩更容易受到竞争对手的冲击。

整体上看，目前国内第三代半导体玩家的业绩仍然主要依赖传统硅基芯片业务。当半导体行业处于周期下行阶段时，业绩也会受到冲击。

没有坚实业绩的支撑的情况下，只依靠扩产消息和想象力，这些概念公司还无法走出长牛。

04 写在最后

我国企业正在第三代半导体领域中持续发力。正如在家电、电子产品、光伏等多个领域发生的一样，国内企业往往以较低的价格占领市场，同时大大拓宽下游应用规模，整个行业有机会加速成长。

世界先进董事长方略曾经表示，“即使再过5年，第三代半导体产值也未必超过（半导体整体市值的）1％，但是新材料（碳化硅、氮化镓）衍生的商机，将突破硅材料无法做到的领域，将是值得探索的崭新世界。”

尤其对于中国一个能源大国来说，第三代半导体的价值不仅仅在于行业规模和产值，其提升效率、节约能耗的特性，同样可以创造出巨大的社会价值。

资本市场通常对于新生事物的正面价值和意义更加看重，但其现阶段所存在的问题也同样不容忽视。投资者们在积极投入第三代半导体的同时也应该更加明确，至今它仍在襁褓之中。

据IEEE报道，一项研究发现，其推出的人工神经元（New artificial versions of the neurons and synapses）和突触比人脑的神经元小 1000 倍，比生物突触快至少 10000 倍。

研究人员表示，这些新设备可能有助于提高被称为深度神经网络的日益普遍和强大的人工智能系统的学习速度。

在人工神经网络中，被称为“神经元”的电子元件被输入数据并协同解决问题，例如识别图像。神经网络反复调整其 ersatz 神经元之间的联系，并查看由此产生的行为模式是否更适合找到解决方案。随着时间的推移，网络会发现哪些模式最适合计算结果。然后它采用这些作为默认值，模仿人脑中的学习过程。

美国在半导体设计、制造和生产工具方面一直处于世界领先地位。半导体是计算和信息技术中所有技术创新的基础。没有他们，亚马逊、谷歌、微软、Meta、苹果和特斯拉等公司就不会存在。但是在过去的几十年里，美国已经慢慢失去了在半导体行业的主导地位。近年来，它的优势在不断减弱。如果这样的状态持续下去，那么美国很有可能失去现代技术的基础基石，失去其在半导体行业上的优势。

首先，让我们谈谈美国半导体主导地位的现状。大多数最大的半导体设备、设计和软件公司都位于美国，或者在美国拥有关键工程。在设备领域，泛林集团、应用材料公司和KLA都位于美国以外的地方。ASML是广为人知的光刻领域的领导者，为圣地亚哥的EUV Source和EUV Collector进行了大量关键工程。这些技术资产和团队来自对圣地亚哥Cymer的收购。ASML向EUV-LLC支付特许权使用费，其成员包括多个美国国家实验室。没有这些工具，就不可能制造芯片。

设计芯片所需的关键软件称为EDA，它们都来自美国。Cadence，Synopsys和Mentor Graphics（现在由西门子拥有）位于美国。没有这个软件，就不可能设计出现代芯片。

德州仪器（Texas Instruments）和英特尔（Intel）等美国公司在各自领域拥有领先的市场份额，同时制造自己的芯片。为外部销售和使用合同制造商设计芯片的4家最大公司也是美国人。他们是高通，博通，英伟达和AMD。

但这种主导地位正在向外转移。 美国芯片制造业的份额处于历史最低点。 除非立即采取行动，否则美国将失去半导体产业。这是一场国家安全危机。

美国一直是通过创业、教育和进行大量投资进行创新的标志。这三个原则都在受到侵蚀，部分原因是私人市场的态度，部分原因是政府的政策激励了某些行为。这种转变正在朝着那些拥有有利的政府政策、监管支持、专注于STEM(即科学Science，技术Technology，工程Engineering，数学Mathematics）高等教育以及对半导体制造重要性的普遍文化认识的国家发展。

企业家精神是创新和半导体的首要因素。自从贝尔实验室发明晶体管以来，硅谷的初创公司创造并定义了现代半导体行业。不幸的是，半导体行业的企业家精神正在消退。

SemiEngineering是半导体行业的领先出版物之一，按公司总部所在地跟踪半导体和半导体相邻行业创业公司每月的筹款情况。它们表示现在的趋势对于美国硬件主导地位的前景来说是可怕的。不仅大部分组装都是在中国完成的，而且半导体领域资金最雄厚的初创公司和半导体领域最多的IPO都在那里发生得很好。

虽然初创公司和IPO并不一定意味着创新，但它们是创新的基石之一。并非所有的创业公司都会成功，美国创业公司更严格的融资模式很可能意味着他们更有可能成功，但这种差异是一个大问题。美国不再是创业的国度，尽管继续主导着世界其他地区，如欧洲。这是中国。

为什么美国的半导体创业公司如此之少？

美国风险投资和天使投资的私人市场完全投入了对基于软件平台的“科技”公司的投资。虽然这种类型的投资很好，但这些风险投资和天使投资人完全忽视了半导体和硬件领域。我们在SemiAnalysis亲眼目睹了这一点，因为我们帮助半导体行业的一些公司筹集资金。说服风险资本家投资创业公司是极其困难的，即使他们拥有有前途的技术和卓越的业绩记录。

私募市场对硬件创业公司有强烈的偏见。一般来说，半导体的启动成本较高，与基于平台的科技公司相比，市场潜力有限。需要它们的美国风险投资人和天使投资人倾向于考虑数百或数千亿美元的投资市场。他们想要能够拥有几十名员工的软件平台，并有可能扩展到数十亿美元的收入。不过，Instagram，Uber，Shopify和Airbnb只能有这么多。硬件创业是必要的，即使它不符合美国风险投资人和天使投资人所拥有的疯狂梦想。

对半导体行业投资肯定是不太令人感兴趣的，因为任何私人都不会投资这种公共基础设施，原因是这种投资给他们带来的回报太少了。但是半导体制造和设计能力恰恰靠的就是技术和软件的基础设施建设，所以这些基础设施项目需要政府的激励措施和监管支持才能蓬勃发展。美国政府必须通过美国国家科学基金会（National Science Foundation）提供孵化器和加速器，来协助半导体初创企业。

创业公司并不是唯一缺乏投资的地方。这个问题在大的公司也存在。因此，美国半导体研发的份额急剧下降，美国芯片产量从40%降至15%以下。美国的金融市场或政府政策不鼓励投资。我们将通过几个例子来展示美国政策的困境，这些政策激励回购和股息超过投资。

首先，让我们讨论一下问题的症结所在。下图显示了按地区划分的半导体晶圆制造设备总支出。这表明，到目前为止，中国正在建设最多的晶圆厂，这是由他们有利的税收和监管政策以及巨额补贴推动的。美国在全球支出中所占的份额很小。如果目前的支出率保持不变，那么在十年内，美国将制造不到10%的全球半导体，而中国将制造近30%的半导体。

美国国家、州和地方政府制定了税收和监管政策，这使得投资半导体的新制造能力变得异常困难。这需要大量的资金和许多年的时间才能通过许可和批准的过程才能成为美国的一个项目。此外，虽然这些政策旨在保护环境，但实际上并非如此。它们只会减慢流程并增加成本。

这与其他国家形成鲜明对比，其他国家为半导体工具的投资提供税收抵免和大幅扣除。它们为制造设施的许可和批准提供了简化的流程。他们通过对污染公司采取积极的惩罚措施来保护环境。它们允许新公寓，房屋和企业的整个开发在半导体设施周围迅速出现，因此工人不必将大部分薪水用于生活费用，这反过来又降低了公司的成本，提高了整个社区的生活水平。

美国必须使公司的利益相关者更有利于在新产能上进行大量投资，而不是支付股息和进行股票回购。一种解决方案是提供永久选项，在购买的第一年内100%扣除芯片制造设备，工具和其他相关资本支出。卡车等其他工业设备是此类政策的先例。

需要明确的是，这种政策只会旨在使政策与其他国家平等的多方面一揽子激励措施的一部分。中国甚至提供长达10年的免税期。这种激烈的措施在美国是不现实的。

这种政策差距是导致美国最大的内存制造商美光（Micron）将制造业离岸化的原因。美光现在在新加坡和台湾地区生产大部分存储芯片，尽管他们的研发中心和原始制造设施位于美国。全球最大的两家内存制造商SK海力士和三星的总部位于韩国。虽然它们在技术上通常被认为与美光有差距，但SK海力士和三星拥有更大的市场份额。这些公司就是韩国各种半导体政策下的产物，这些政策激励了韩国国内半导体的发展。韩国还提出了专注于地理区域而命名为“K-Belt 半导体战略”，该计划包括高达 50% 的研发税收和 44% 的制造业税收抵免、8.86 亿美元的长期贷款、13 亿美元的联邦研发投资、放宽监管和升级基础设施。

此外，税收抵免必须应用于研发支出。目前，美国的税收政策没有与许多亚洲国家相匹配的政策。相反，它激励尽可能多地减少研发，为股票回购，股息和财务工程收购提供资金。

博通就是是美国税收政策失败的一个例子，它引发了半导体行业的错误趋势。尽管博通一直是值得投资的明星股票，并且在某些技术领域仍然处于领先地位，但他们的创新战略对整个行业来说非常不利。博通通常对所有费用（包括研发增长）都保持非常严格的控制。与此同时，他们提高了芯片和软件的价格，在那里他们享有近乎垄断的地位。最后，他们利用自己产生的这些利润来收购更具创新性的领先公司，这些公司拥有可以应用此公司的产品和技术。该政策被半导体行业人士和投资者俗称为“Hock Tan Flywheel”，以设计这一战略的首席执行官的名字命名。我们甚至不会进入他们将总部迁往新加坡多年的时间，但这也是美国政策不佳的结果。

另一个与投资相关的政策不佳的例子是英特尔在过去十年中的政策。他们在半导体方面处于世界之巅。他们没有在半导体设计和制造的新领域进行创新，而是专注于降低资本支出和总支出占收入的百分比。他们用利润回购股票并支付更大的股息。股东选出的董事会成员欢呼并特别鼓励这种行为。英特尔垮台的故事当然还有很多，包括技术失误和有毒的企业文化，但美国税收政策和金融市场的缺陷无疑是一个很大的贡献者。如今，英特尔已经意识到了他们的错误，并将股票回购率降至0。他们正在尽其所能地投资每一美元，但他们根本无法承受花费台积电和三星等其他国家英雄的绝对规模。

良好的针对性政策的一个例子是Wolfspeed和纽约州。纽约通过退税和其他补贴协助Wolfspeed，以建造世界上最大的碳化硅半导体制造设施。因此，纽约是电动汽车中大量使用的芯片的世界领导者，创造了数千个高薪工作，纽约州立大学有一个成熟的研究和教育计划，为人们在这个领域的持续创新做好准备。

即使初创公司和生产设施在美国，现在该领域的技术工人严重短缺。到2025年，预计这一短缺将高达30万工人。受过良好教育和熟练的人才是创新的基石，没有他们，工作就无法完成。

大多数追求高等教育的美国人都是在非STEM（即科学Science，技术Technology，工程Engineering，数学Mathematics）领域接受高等教育的。虽然这本身并不是一个负面因素，但考虑到半导体行业技术工人的预期短缺，这是一个巨大的问题。根据Statista的下图，超过500万人在美国的高等教育机构获得了学位/证书，但在STEM领域的甚至不到1/5。

美国2/3的STEM博士生是外国人。他们能够获得学生签证接受教育，但他们中的许多人尽管希望这样做，但在接受教育后移民非常困难。中国每年有近500万人获得STEM学位，人口规模的差异使得中美之间的差距无法仅靠国内人口来填补。

美国必须使世界各地受过教育的人更容易移民。这在美国历史上的其他时间点要容易得多，这是美国在创新方面超越世界其他地区的秘诀之一。人才流失的情况是非常真实的，必须允许世界上最优秀和最有资格的人搬到美国。

中国不仅允许半导体工人移民，他们明确地找到他们想要的人并去追求它。有多家国有企业为从台湾地区移居的工程师提供优质的生活。他们在半导体中心附近提供宽敞的住宿，并提供个人税收优惠以及有针对性的移民。如果有好的机会，许多来自台湾地区的优秀工程师会来美国，即使没有国家赞助的生活方式。

此外，在美国STEM领域的毕业生中，从事涉及半导体，制造或设计相关领域的人数仅占总数的一小部分。这些与半导体相关的STEM项目资金严重不足有关系。联邦和州政府没有采取任何措施促进毕业生在半导体领域就业。与此同时，其他很多国家已经在很大程度上补贴了半导体项目和鼓励就业，这反过来就增加了其他国家致力于各自半导体行业的人才，从而这些国家有着更多的创新。

美国高等教育系统对所有学位和证书的补贴金额大致相同，尽管有些职业严重缺乏技术工人。我们的教育系统在补贴教育成本或推广某些领域时，需要考虑基于行业劳动力需求差距的有效技能分配。

公众和媒体对该领域的看法也无助于此事。成为芯片架构师、工艺集成工程师或电路板设计师并不是大多数儿童和年轻人渴望拥有的职业。与此同时，中国崇拜半导体行业，甚至创造了一个美化的电视节目。

对半导体缺乏兴趣的部分原因是由于维修和修补计算设备的文化。半导体行业的许多人在第一次打开计算机时就爱上了这个行业。不幸的是，由于各种立法和公司特定的障碍，维修电脑，游戏机和智能手机的文化在西方世界正在消亡。

在中国台湾和中国大陆，这种文化蓬勃发展。获得设备的部件非常容易，无论是显示器，电池，内存，甚至是整个主板。人们可以去台湾台北市的光华市场，中国深圳的华强北或这些国家的许多其他市场，购买与维修普通消费电子设备相关的任何组件或工具。

实施维修权政策将使美国与这些国家相提并论，并应得到两党的支持。这对消费者来说是件好事，因为他们对自己购买的设备有更多的控制自由，并允许他们的设备使用更长时间。它对环境有益，因为产生的电子废物更少。这对半导体行业有好处，因为它使更多的人对打开计算机感兴趣，并对它们的工作方式感兴趣。台湾和中国可以这样做，因为他们的政府允许电子维修蓬勃发展，如果我们希望年轻人也爱上这个行业，美国需要与他们相匹配。

国会必须立即通过多项两党立法努力，才能将美国半导体行业带回世界最前沿。

国会必须立即修改美国税法，使其与公司目前拥有不公平优势的其他国家相提并论。这可以通过对芯片制造设备，制造晶圆制造设备的工具以及与购买当年半导体设计或生产相关的其他相关资本支出实施可选的100%奖金折旧来实现。国会还必须为这些投资集团实施永久性税收抵免，以匹配其他东亚国家。

国会必须立即修复美国的许可和监管锁定，这严重延长了时间并增加了创建半导体制造设施的成本。

国会必须立即通过增加与半导体相关的研发税收抵免来弥补研发支出缺口。国会必须立即解决创业危机，指示美国国家科学基金会创建一个针对半导体行业的创业孵化器和加速器。国会必须通过资助半导体和半导体相邻的高等教育项目来立即解决教育差距。国会必须立即资助并建立一个类似于欧洲IMEC的美国半导体研究机构。

国会必须立即通过允许熟练的半导体工人移民到美国来解决熟练的半导体工人短缺问题。

国会必须立即通过维修权法律，以增加对硬件行业的兴趣，从而提高消费者自由并保护环境。如果采取这些行动，我们相信美国的独创性和创新可以释放出来，美国可以保持在半导体行业的顶峰。如果不采取这些行动，我们相信，美国将进一步削弱其在一个对国家安全越来越重要的行业中的领导地位。

近日，英特尔在2022 IEEE VLSI 技术和电路研讨会上，展示了许多涉及其Intel 4（10nm）工艺的论文。其中一点就是，新的intel 4选用了铜互连连接。早前英特尔原本打算在10nm芯片互连中采用钴（Co）这种新材料，但是众所周知，英特尔在10nm工艺经历了挫败，业界认为，与钴的集成问题可能是英特尔10nm延迟问题的部分原因。过去我们往往只关心晶体管的大小，但是现在随着芯片微缩逐渐来到极限，芯片互连问题已经不能被继续忽略。

逻辑芯片的制造主要包括三大流程：前端制程、中段制程和后段制程。前端制程主要是处理芯片中的有源器件，如现在主流的工艺是FinFET；中段制程通常由微型金属结构组成，来连接前段和后段制程；芯片互连属于后段制程，即为芯片制造的最后阶段，目前的主流技术就是铜互连。其实关于取代铜互连，业界有不少新材料探索，如石墨烯、钴、钌或钼等。那么，英特尔此次退钴还铜，是否证明铜互连还是无法被替代？

伟大的铜互连

 

钴（Co）被引入

纯钴具有较好的电迁移特性，但线电阻较差。同样，铜合金具有较好的线电阻，但却有较差的电迁移寿命。在最新的Intel 4中，英特尔选择的是在最低的四个金属层中使用增强型铜 (eCu)。这种增强的铜线包括一个钽阻挡层，钴包层周围的纯铜核心。eCU似乎是一个折中双赢的选择，与铜合金相比，既提供了更好的电磁寿命(尽管没有钴那么好)，同时小幅提高了0.85倍的线电阻。

Inte 7纯钴方案&钽屏障方案

VS Intel 4采用钽屏障&钴包层周围的纯铜核心

两种方案的线电阻和寿命比较

（图源：Wikichip）

2nm之后，钌、铋或钼又被探索

石墨烯已经败下阵来

光互连能否取代铜互连呢？

结语

众所周知，目前全球芯片产能主要集中在亚洲，先进芯片产能主要集中在台积电、三星两家企业手中。

而美国在芯片产能上，越来越落后，份额已经从1990年的37%下降到如今的12%，低于中国大陆的16%。

所以美国推出了一个520亿美元的“芯片法案”，其目的是重振芯片制造业，将全球芯片制造中心的地位夺回来。

当然，在这个“芯片法案”背后，美国最担心的其实还是中国芯片产业崛起，因为目前中国大陆的芯片产能已经超过了美国。

与此同时，中国还在大力建设更多的晶圆厂，一旦未来美国让大陆拿捏住了芯片产能，对美国而言，这绝对是不可接受的，毕竟美国还希望永久的挥舞着芯片这根大棒，制裁全球呢，要是让中国领先了，美国的芯片地位就要被动摇了。

所以过去这一年多来，美国“芯片法案”一直是拜登政府、特别是商务部长雷蒙多（Gina Raimondo）的首要任务，一直想要早点通过这项法案，拨款520亿美元来支持芯片产业发展，以期形成对中国芯片产业的打压。

但现在看来，留给美国推进“芯片法案”的时间已经不多了，目前仍有许多问题尚未解决，只怕要黄，通不过了。

为何这个法案可能无法通过，原因有很多，关键问题还是在于不同的派系，有不同的诉求，觉得这并不是当前最重要的，无意重点推进它。

那么这对于我们而言，又有什么关系？

事实上还是有关系的，如果美国真的掏出520亿美元来进行补贴，那么众多的晶圆厂，或可能真的跑到美国去建厂，从而美国在产能、以及产业链掌控上，可能会更有力度，这对于我们而言，并不是一件好事情。

如今，520亿美元的补贴没有了，一定程度上而言，或能够阻挡或才延缓美国重新夺回在工艺技术和制造方面的领导地位，这不仅对于我们，甚至对于欧洲、日本、韩国而言都是好消息。

近年来，国产GPU频频传出好消息。景嘉微宣布其JM9系列第二款GPU已经完成流片、封装阶段工作。芯动科技在去年底推出一颗“风华1号”，填补了国产4K级桌面显卡和服务器级显卡两大空白。2020年成立的摩尔线程在1年后发布了第一代MUSA系统架构GPU，并可量产交付。壁仞科技也紧跟着宣布首款通用GPU芯片点亮成功。

在市场和政策的推动下，曾经蒙尘的国产GPU开始闪烁自己的光芒。这是国产GPU的黄金时代。

据Verified Market Research数据显示，2020年中国大陆的独立GPU市场规模为47.39亿美元，预计2027年中国大陆GPU市场规模将超过345.57亿美元。

如此广阔的中国市场中，国产GPU的市占比却少的可怜。2019年，中国芯片的自给率仅为30%左右，从中国主要芯片国产化率来看，射频芯片、移动通信终端、模拟芯片、闪存、微控制器、内存、可编辑逻辑器件的国产化率分别为40%、24%、15%、5%、3%、1%、1%。谨慎估计GPU芯片的国产化规模约37亿元。

但属于高端芯片的GPU研发却并不容易。Intel一直想踏足高端GPU领域，但仍未成功。英特尔最早的GPU研发可以追溯到 1997 年，英特尔通过收购C&T 获得了 2D 显示核心技术，3D 技术源于拥有 20%股权的 Real3D。但直到2022年4月，Intel仍未推出自己消费级的独立 GPU 产品。

国内GPU究竟达到国际的什么水平？

从国内GPU龙头景嘉微的产品来看，景嘉微在2021年9月推出的JM9231和JM9271将采用业界主流的统一渲染架构，支持 OpenGL4.5接口，可以无缝兼容市面上主流的CPU、操作系统和应用程序。

JM9231性能与国际同类公司2016年中低端产品性能相当，主要针对国产化办公电脑，便携式计算机、中低端的游戏机和高端嵌入式系统等消费电子领域。JM9271在JM9231基础上对科学计算能力进行大幅度提高和改进，可以达到国际同类公司2017年中高端产品的性能。

可以看出，相较于国际巨头，国内GPU的性能差距还很远。因此对于中国来说，推动GPU的自主研发刻不容缓。

尽管国内GPU的发展存在很多问题，但笔者仍然认为现在的时代是国产GPU发展的黄金时代。

我们正在进入“一切需要可视化的时代”，这几年市场对于GPU的需求增长极快。可视化需要大量的图形、图像计算能力，无论是云端还是边缘侧都需要大量的高性能图像处理能力。

GPU在AI、数据中心领域需求极大。根据IDC数据，2022年全球AI芯片市场将达352亿美元。其中GPU占比最大，Goldman预计到2025年GPU占比将达到57%。

GPU巨头英伟达2022年发布的财报中各项经营指标惊人，2022财年全年营收269亿美元，相比2021财年增加103亿美元，同比增长61%；净利润97.5亿美元，同比增长122%。不管是营收还是净利润，均创纪录 。

无论是客户需求还是供应商的市值变化都在证明——GPU市场正处于火爆时刻。

在2006年，国务院颁布了《国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006年-2020年）》，“核心电子器件、高端通用芯片及基础软件产品”（简称“核高基重大专项”）位列16个科技重大专项首位，也被称之为“01专项”，国产GPU位列其中。

国务院印发《新时期促进集成电路产业和软件产业高质量发展的若干政策》，《若干政策》强调，集成电路产业和软件产业是信息产业的核心，是引领新一轮科技革命和产业变革的关键力量。国务院发布的相关数据显示，中国芯片自给率要在2025年达到70%

自2017年以来，多个中国新一代初创型GPU研发公司相继成立，逐渐成为中国GPU历史舞台上的一员。

在图形GPU领域，国内以景嘉微、航锦科技等为代表的传统企业为主力。另外，从事CPU研发的企业（如兆芯、龙芯等），也开始切入这个赛道，增强了国内GPU企业的整体研发实力。

景嘉微是中国第一家成立的GPU公司，公司产品主要分为图形图像处理系统、小型雷达系统、GPU 芯片，广泛应用于军工行业。公司图形显控领域产品包括图显模块和加固类产品，其中图显模块是核心产品。

景嘉微成立当年，恰逢我国军用飞机图形显控系统由使用 DSP 与 FPGA 图形加速器向使用 GPU 图形处理器升级，公司准确把握机遇，将大量资源投入飞机图形显控领域的研究。也正因如此，景嘉微最初是制作军工产品起家。

摩尔线程在2020年6月成立，用18个月发布全新统一系统架构MUSA和全能GPU产品“苏堤”等系列新品。其公司创始人兼CEO张建中此前曾任英伟达全球副总裁、中国区总经理，在GPU行业深耕超过15年，带领英伟达开拓建立了GPU在中国的完整的生态系统。

沐曦集成电路在2021年完成数亿元PreA+轮融资，融资由两家“国家队”：国调基金、中网投联合领投，联想创投等多家机构跟投。据称这家高性能通用GPU芯片设计公司的创始团队主要来自AMD等国际公司，拥有从40nm到7nm制程GPU芯片的设计和量产经验。

芯瞳半导体创始团队来自西邮GPU研发团队，这家专注于计算机图形和高性能计算的芯片设计初创公司将在南京投资1.5亿元，开发高性能、高可靠和高稳定性的国产自主GPU和人工智能芯片。

天数智芯自研的一款7纳米GPGPU(通用图形处理器)芯片产品卡——BI成功发布,这是中国第一款全自研且有产品面世的GPGPU的芯片。其首款全自研GPU架构下的7nm云端训练芯片及GPGPU产品卡已亮相，这款芯片采用台积电7nm制程、容纳240亿晶体管及采用2.5DCoWoS晶圆封装技术。

IP授权

国产GPU最近一段时间借助IP授权多点开花，纷纷流片成功或量产，算是迈出了艰难的第一步。

任何一款高端芯片的打造都离不开IP。一个GPU中行业IP核占用的面积超过了80%。但IP的研发并不轻松，GPU IP自研需要36-48个月以及200个工程师，而采用外购IP的方式，可以减少12-18个月开发周期。

芯动科技于去年发布的GPU“风华1号”，其IP购买自英国GPU技术授权公司Imagination。获得架构许可后，芯动科技探索了很多自己的方案，包括自研的Cache一致性Innolink Chiplet技术，内置国产物理不可克隆iUnique Security PUF信息安全加密技术等。因此“风华1号”GPU80%以上的IP都属于自主研发。

外购IP加上自研设计非常有利于商业变现，可以快速获得成熟系统和后端版图，同时也有利于快速构建软件栈和底层工业API适配，极大的降低研发周期和风险。如今国内主要的通用计算+图形GPU创业公司，如芯动、摩尔线程、壁仞等等都使用Imagination IP或者芯原授权的IP。但使用IP授权也有缺点，即核心电路专利无法自控和自主迭代。

创业热潮下的生产困境

随着GPU成为AI计算的必需品，一波GPU创业潮在中国市场兴起。据统计仅2020~2021年，GPGPU领域就有近20起融资事件发生。2018年12月瀚博半导体在上海成立，目前已经完成总计5000万美元的A轮融资；2019年成立的壁仞科技，在2021年3月完成了B轮融资，18月累计融资超过47亿元；同年11月芯瞳半导体成立；2021年，沐曦集成电路宣布完成10亿元人民币A轮融资。

但初创之下国产GPU仍然面临生产困难。目前和AI相关的大芯片，因为需要CoWoS等先进封装，所涉及的中介层原材料非常紧缺，在目前产能吃紧的情况下，对于已经推出一些产品的初创GPU企业，会面临短期盈利的问题。

并且GPU市场早已被虎视眈眈的英伟达、AMD包围，中国GPU芯片初创公司需要和这些拥有技术、经济实力的巨头竞争，必然是处于劣势。

成本难降，量产数量少

芯片量产前还要经历冗长的设计测试流程。通常一款高端芯片前端和后端设计要耗1~3年，设计完成后流片环节需要3~6个月，期间还会有流片失败一切重来的风险。即使成功流片，还需经过3~12个月的产品测试调优，才能开启量产。

因此尽管越来越多的GPU厂商涌入，但阵阵喧闹过后，市场上仍未见可与国际巨头对标的量产产品。

国内GPU生态突围

此外，对于国产GPU来说，产品如何实现规模化商用，搭建国产GPU生态同样是一个难题。芯片的成功和成熟需要大量的验证和出货，而找到可持续的落地场景才是长期发展的关键驱动力。

ICViews采访业内人士其表示：“目前国产GPU在相同性能下，价格更贵。同时，由于英伟达等国外龙头推出GPU时间更长，长期使用国外GPU的厂商出于惯性也不会突然更换国产GPU。”

尚未成熟的GPU在搭建国内生态上也捉襟见肘。

GPU是一个高技术含量的赛道，而且我国在这一领域发展已经落后许久。尽管近年来突然开始有不少初创公司踏足GPU领域，并受到资本青睐，但我国想要彻底打破GPU垄断并不是一件易事。

GPU 设计是一项系统工程，包含硬件架构、算法、软件生态等多个组成，缺一不可。从GPU的发展历程来看，GPU单芯片算力增长速度超过CPU，在算力竞争上，GPU也比CPU更胜一筹。

沐曦集成电路CEO陈维良曾表示：“全球高性能GPU市场被国外公司垄断，核心算力芯片受制于人，国家安全以及国计民生存在巨大的不可控风险，国产替代势在必行。”

在市场、政策的推动下，国产GPU百花齐放，这将是国产GPU最好的时代。

为了找出答案，Avnet Silica对主要半导体厂商和汽车制造商公开发布的财报进行了分析，揭示了疫情期间半导体库存水平下降的程度及其对汽车生产线和营收的影响。

主要发现：

由于供应链短缺，汽车制造商在2021年损失了近3000亿美元的收入，而自疫情开始以来的损失超过5000亿美元

全球70%的主要汽车制造商曾在去年宣布暂停生产线，其中45%的制造商特别提到了供应链问题

半导体库存水平在两年内下降了43%，跌至10多年来的最低点

芯片制造商持有的成品库存已下降到只有23天，但交货时间却延长到150天以上，部分芯片制造商的库存减少到了3天

一些早期迹象表明，随着半导体库存水平的上升，供应链问题有所缓解，但仍有一段路要走

过去两年，汽车制造商损失了超过5000亿美元

在全球经历的首轮疫情封锁期间，由于消费者需求大幅下降，汽车制造商在2020年第二季度损失的销售额超过1660亿美元。虽然客户需求在接下来的两个季度开始回归，但在2021年的每一个季度，汽车制造商都因供应链短缺而无法满足需求。

因此，汽车制造商在2021年损失了超过3000亿美元的收入，第四季度是过去十年以来最糟糕的季度。与疫情前的预测相比，汽车制造商的销售额减少了超过1860亿美元。

之前有报道估计2021年汽车行业的损失为2100亿美元，但通过对汽车制造商发布的财报进行分析发现，实际损失的销售额超过3000亿美元，比预测值高出了近50%。

全球主要汽车制造商的营收总和（单位：十亿美元）

主要汽车制造商的营收低于预期（单位：十亿美元）

全球主要汽车制造商中，有45%在去年因供应链短缺而宣布停产

全球主要汽车制造商中，有70%在过去一年中曾宣布暂停生产线，其中45%特别提到了供应链短缺问题。在总部位于欧洲和美国的企业中，这个比例甚至更高——这些地区60%的主要汽车制造商在过去12个月中曾宣布因供应短缺问题而关闭工厂。

2021年3月至2022年3月期间曾宣布暂停产线的主要汽车制造商所占的百分比

半导体制造商的库存水平在短短两年多的时间里下降了43%，跌至10年来的最低点

半导体制造商的库存水平在2021年第3季度跌至10年来的最低点，在疫情期间下降了24%，与2019年第2季度的峰值相比下降了43%。一些芯片制造商持有的成品库存已减少到3天。

半导体制造商的平均库存水平（成品库存持有天数）

芯片制造商的库存天数减少到23天，但交货时间延长到了150天以上

在2021年，随着半导体需求的增加，整个供应链上制造商的产能无法跟上，而且他们的库存水平下降、交货期延长，导致汽车生产线暂停生产，使得许多汽车制造商无法完成订单。

半导体制造商的平均成品库存天数与平均交货时间对比

评估：这一切对制造商来说意味着什么？

在过去两年中，供应链面临多重挑战而被迫中断：

一家大型半导体工厂发生火灾

航运集装箱短缺

航运集装箱价格上涨

工厂在疫情封锁期间关闭

苏伊士运河被封锁

洛杉矶港货物积压等等

Avnet Silica欧洲、中东和非洲地区供应链和运营总监Mat Ransom表示：

“尽管有迹象表明半导体库存正在得到补充，但库存水平不太可能在短期内完全恢复正常。事实上，由于这些变化已经持续了很长时间，因此不能把这一切简单地归咎于疫情。

5G的持续普及、汽车的电气化以及对数据中心等其他高速发展的技术的需求都在推动着半导体需求的增加。而在未来几年内，半导体产能的增长不可能完全满足这一需求。

过去一辆传统汽车所需的半导体芯片只有几百颗，而现在一辆电动汽车中可能需要两三千颗半导体芯片，更不用说其他行业对芯片的争夺也在不断加剧。

在感受到供应链中断和市场需求急剧增加的影响后，制造商们正在尽其所能解决他们目前所面临的供应链问题，同时着眼于更长远的发展，通过建立更有弹性的供应链来增强自身适应未来变化的能力。

现在，企业正在重塑自己的供应链，从以前的“即时生产模式（Just-in-Time）”转变成“预先生产制/以防万一模式（Just-in-Case）”。未来，将出现一些兼具这两种方法优点的混合供应链模式。虽然到目前为止，企业对精益生产和Just-in-Time供应链的普遍关注取得了良好的效果，但在过去两年中，由于缺乏灵活性和弹性，让企业损失了数十亿美元。因此，企业在未来需要采取新的方法，许多汽车制造商已经开始为2026年及以后的生产制造重塑他们的供应链。”

编者注：

研究方法：数据来自YCharts的混合数据并使用公司财报弥补缺口。由于汇率波动，这些数字有时会出现不一致，因此在两个数据集都有信息的情况下按季度进行检查并通过这种方法同步两个数据集。在少数情况下未公布2021年第四季度的全部数字，出现这种情况表明该公司未包含在我们的分析中或者在存在明显趋势的情况下，根据前一季度的数字进行预测，然后将这些预测与相关公司自己的预测进行比较，如果两组预测没有重叠，则使用该公司预测值的中值。

新加坡半导体产业历程

格芯新加坡半导体制造设施

（图源：凤凰网科技）

写在最后

因此，很多网友是非常骄傲的，称这是就是中国制造的力量。但事实上，中国大陆的供应商虽然多，但主要是一些非核心部件，更多的都是一些面板、玻璃、线缆等这样的非核心部件，价格都不高，赚得是辛苦钱。

后来京东方进入苹果供应链，先是为Mac、iPad提供LCD屏，再为iWatch提供屏幕，再为iPhone提供OLED屏，苹果是全面用上了中国屏，OLED屏算是价格高一点的元件了，也算是有核心技术的元件了。

但随着京东方之后，近日传出新消息，那就是苹果在用上了中国屏之后，可能还要用上“中国芯”了，那就是一家中国的存储芯片厂商，可能也要进入苹果的供应链了。

这家厂商就是长江存储，有媒体报道称，苹果正在对长江存储的产品进行测试，一旦测试通过，就会被纳入供应链。

长江存储主打产品是NAND闪存，用于SSD硬盘、手机闪存等，前段时间长江存储推出了UFS3.1通用闪存—UC023。

这意味着长江存储在闪存这一块的水平，已经追上了三星、美光、SK海力士、铠侠等顶级厂商，毕竟当前最高规格的闪存也就是UFS3.1规格，像UFS4.0，三星才刚提出，还没量产呢。

目前苹果、长江存储对这一消息都没有置评，参考之前京东方进入苹果供应链的做法，也是先传出各种各样的消息，然后京东方就进入了苹果供应链，所以这一次肯定不是空穴来风。

对于苹果而言，选择更多的供应商，也是为了多做备份，相互牵制，不给其它供应商独大的机会，苹果这些年都是这么玩的。

而这也意味着，中国供应链们，在核心技术上，也终于有了一步又一步的突破了，从原来只提供线缆，面板、外壳、代工这样的非核心上，到了提供OLED这样的屏幕，还要提供闪存芯片了，可喜可贺！

快速退火炉，RTA，RTP，合金炉，RTO，快速退火炉RTP，国产快速退火炉，自主研发，快速退火工艺，半导体设备，芯片退火设备

 随着新能源汽车的快速发展，IGBT的用量随之激增，但上游产业链扩产速度明显跟不上市场需求，在今年2月，行业即发出预警，认为IGBT或将成为今年下半年汽车生产的瓶颈。

事实上，车规级IGBT的市场缺货情况远比此前预估要严峻。时隔2个月，供应链消息认为，目前IGBT缺货已高达50周以上，供需缺口已经拉长到50%以上；笔者查询也发现，市场部分料号供货周期更是拉到了60周。

IGBT缺口已超50%？

电控是汽车电气化的三大核心件之一，其作用相当于传统燃油车的变速箱，其中，IGBT价值量占到了电控系统成本的40%左右。另外，IGBT在热管理系统、充电逆变系统、车身控制系统等方面也有广泛应用。据行业统计，IGBT单车价值量可从A00级的650元提升到B级轿车的2000多元，部分高端车型的IGBT单车价值量更是高达4000元以上。

IGBT对新能源汽车的重要性不言而喻，随着汽车电气化的快速发展，市场对IGBT的用量正快速激增。不过，疫情持续蔓延下，不仅让供应链备受挑战，上游大厂的扩产速度也明显跟不上市场需求，已导致车规级IGBT出现供应紧张情况。今年2月有业内人士发出警告称，IGBT可能会成为下半年影响新能源汽车产量的重要器件，其短缺带来的影响或将超过MCU。

时隔两月，这一情况已在加剧。近日有业内人士表示，目前IGBT已出现交货紧张情况，“从交货周期看，已全线拉长到50周以上，个别料号周期更长。”同时，笔者查询富昌电子等分销商官网也发现，至4月底，IGBT相关产品信息共有2192条，但有库存的仅121条，其中有42条物料货期在45周及以上，部分分销商的部分料号货期甚至拉长到了60周。

上述人士分析称，目前IGBT订单需求很多，订单与交货能力比最大已经拉到2:1；考虑到缺货背景下，越是缺货，使用单位越是增加订单，因此，目前市面上的非真实订单也较多，“每个主机厂都说自己需要多少IGBT，但真实情况还有待商榷。”

该人士同时认为，去掉部分泡沫订单，真实需求预计是实际供货能力的1.5倍，即目前IGBT的缺口已经高达50%甚至更高。

安森美深圳公司G先生也表示，在产能偏紧情况下，市场会出现客户“谎报”需求的情况，“需要多少的订单，都是客户喊的，真实情况或许又是另一回事了。在我们看来，缺货没有这么严重。对于长单，产能都是锁定的，跟市场传言的交期没有关系。”

而针对分销商货期过长的原因，G先生表示背后另有一套价格逻辑。对真实需求，供应商将会优先向利润高的客户供货，客户出价越高，供货周期会越短，真实交期要远低于展示交期；而针对部分坚持以平价采购的客户或订单，交期只能往后排。G先生认为，交期特别长的订单并非紧急需求，很可能也并非真实需求，所以给出的货期只是参考值，不能代表真实情况。

不过，车规级IGBT产能紧张引发的供需失衡已存在较长时间，汽车产业链市场在去年就开始抢产能。由于英飞凌供货周期过长，国内部分造车新势力于2021年开始转向本土供应商，比亚迪也在去年底与士兰微签订IGBT供货订单，业内人士表示，比亚迪通过自产自销以及外购，今年基本不会存在IGBT供应不足的情况；但其他新能源汽车主机厂则面临较大压力。

需要指出的是，借助新能源汽车产业崛起契机，本土供应商2021年已获得不少主机厂定点，其中斯达半导从中低端开始切入，依托汇川技术和英威腾等本土工控企业，已将产品导入中低端新能源车型，并在逐渐向中高端渗透，业内人士推测，2021年斯达半导IGBT的装机数量可能达到30万-50万辆。

时代电气也获得了头部造车新势力以及部分传统主机厂的选配，预计今年装机量可达到10万辆；士兰微在获得吉利领克、比亚迪等主机厂的支持后，今年装机量也有望达到10万辆。

根据NE时代统计数据，2022年Q1中国新能源乘用车功率模块装机量榜首仍是英飞凌，其以25.3万套位列行业第一，其后2-4名分别为斯达半导、比亚迪半导体、ST、时代电气，装机量分别为18.2万套、16.1万套、10.9万套、10万套。值得注意的是，斯达半导、比亚迪半导体及时代电气三家本土企业三家本土企业同比增速分别为203.3%、209.6%、＞500%，远高于英飞凌78.2%的同比增速；合计装机量为44.3万套，合计市场份额已达39.9%。

据了解，NE时代数据以国内乘用车上险量作为统计口径，且未统计低压MOS管。即便如此，比亚迪、斯达半导、时代电气作为本土IGBT的代表企业，同时进入国内市场前五，足以反映出本土功率器件企业2021年成长迅速，国内功率模块市场结构有望在缺货契机下发生改变。

主流大厂已停止接单

虽然本土企业功率模块装机量成长迅速，但仍无法满足市场需求；同时，本土企业所需要的晶圆、IGBT芯片等，也不能自给自足，仍需依赖国际供应商，如晶圆方面，比亚迪和斯达半导仍需从ST处进货。“我们目前也有在给比亚迪供应IGBT芯片。”某国际大厂代表表示。

而这背后的根源是，国际产能扩产速度跟不上市场的需求。

中汽协、乘联会数据显示，2021年我国新能源汽车销量为352.1万辆，大幅高于2020年的136.7万辆，同比增长1.6倍，预计今年有望达到500万-600万辆，同比增长42%以上，继续引领全球新能源汽车产业发展。从全球范围看，新能源汽车同样增速不减，2020年全球销售新能源汽车312.48万辆，2021年为623万辆，同比增长99.37%；预计今年全球销量达1000万辆级别，成为IGBT需求持续增长的动力引擎。

但国内供应商中，比亚迪半导体IGBT产能至2021年6月即接近满产，其与时代电气的新增晶圆产线均处于早期建设阶段，没有额外产能释放。在这样的背景下，华虹半导体、积塔半导体、士兰微、华润微，甚至是中芯绍兴等产业链企业也加入到车规级IGBT生产中来。“国内企业切入车规级IGBT的时间并不长，目前华虹半导体的产能也很吃紧。”业内人士认为，短期内，本土企业新增的车规级IGBT产能仍难以形成效应。

由此，国内市场仍严重依赖于国际供应链，但事实上，国际大厂的扩产进度也跟不上市场需求。据了解，目前英飞凌、安森美、ST均有扩产，其中英飞凌的12吋晶圆产线已经开始投产，但产能仍在爬坡中，前期产能为2万-3万片/月，目前扩产比重约为10%，无法满足市场对IGBT的增量需求；产能预计要到2023年-2024年才能达到8万片/月以上。

而安森美和ST的扩产计划更慢，业内人士认为，“目前没有看到明显扩产，今年功率器件领域扩产比重预计为5%左右。”

安森美G先生也表示，“我们对大客户都是采取直供模式，且2年一签，我们现在的产能刚好能满足已签订单的需求。目前我们今年、明年的订单都已经全部订出去了，我们现在已经不接单了。没有足够的产能，接单也无法交付，还要面临违约的风险。不仅是我们，其他主要供应商也面临这样的情况。对于长单客户，当有订单增加需求，原厂还会优先照顾他们。”

而随着安森美纽约工厂扩产，未来也能一定程度上缓解车规级IGBT产能紧张形势。

另外，近期，在国内疫情反复下，物流运输困难，引发了供应链断裂风险，并导致国内传统主机厂产销量大受影响。中信建投汽车团队的一份分析显示，3月末至4月末的一个月时间里，燃油车上牌量同比减少48.49%，但新能源汽车反向同比增长69.56%，给供应链的持续、稳定供货带来了很大挑战。

据了解，4月18日，安森美位于上海的全球配送中心被迫关闭，业务一度暂停，直至4月25日才获批复工。不过在G先生看来，“我们的产品主要从香港进入中国大陆，（疫情造成的）影响整体不大。”

快速退火炉，RTA，RTP，合金炉�