后摩尔时代：三代半导体的崛起

后摩尔时代：三代半导体的崛起比特币价格,女的下面无遮蔽黄污图,男人真正的补品, 在上一篇文里，笔者回顾了半导体快速发展的几十年中，诞生的无数伟大的公司与领导者，包括硅谷的创立、仙童半导体公司的诞生，以及大佬们出走仙童后纷纷创业，于是有了英特尔、AMD

在上一篇文里，笔者回顾了半导体快速发展的几十年中，诞生的无数伟大的公司与领导者，包括硅谷的创立、仙童半导体公司的诞生，以及大佬们出走仙童后纷纷创业，于是有了英特尔、AMD等今天的行业巨头，以及近年来AMD是如何逆袭英特尔的。这一系列划时代的事件，奠定了如今信息时代的基础，时间见证了无数传奇的兴衰。详见文章《半导体编年史：传奇的湮灭与诞生》。

从仙童公司出走的摩尔，这位英特尔创始人之一，总结了计算机行业奉为圭臬的摩尔定律：集成电路芯片上所集成的晶体管数目，每隔18个月就翻一倍。

摩尔定律阐述了半导体行业的发展速度。然而当今时代，技术发展已然到达了一个瓶颈期。PC芯片领域的巨头英特尔和移动芯片领域巨头高通，近年来都开始“挤牙膏”，很难出现令人惊艳的产品。

这背后，或许是摩尔定律的逐渐失效。先进工艺驱动芯片持续微缩的同时（台积电将试产3nm芯片），也导致了所需成本指数级增长、开发周期拉长、良率下降，盈利风险明显升高。天风证券认为，单个晶体管的成本不降反升，性能提升也逐渐趋缓，这标志着后摩尔时代来临。

为此芯片行业需要去寻找新的技术以及新的材料去支撑芯片研发继续前进，这意味着摩尔定律形成的多年先发优势或不再受用，后发者如果能够提前识别并做出前瞻性布局，完全存在换道超车的可能性。

如今在三代半导体上，国产替代有了机会。

每一代半导体关键在于材料不同，而导致特性及应用不同。

相对于第一代（硅基）半导体，第三代半导体（碳化硅等）禁带宽度大，电导率高、热导率高。硅基因为结构简单，自然界储备量大，制备相对容易，被广泛应用半导体的各个领域，其中以处理信息的集成电路最为主要。在高压、高功率、高频的分立器件领域，硅因其窄带隙，较低热导率和较低击穿电压限制了其在该领域的应用，因而发展出宽禁带、耐高压、高热导率、高频的第二/三代半导体。

三代半导体在材料选择上，主要以碳化硅（SiC）、氮化镓（GaN）为代表。但由于氮化镓生长速率慢，反应副产物多，生产工艺复杂，因此第三代半导体目前普遍采用碳化硅作为衬底材料，在高压和高可靠性领域选择碳化硅外延，在高频领域选择氮化镓外延。

目前半导体已经发展到第三代，那么是第三代替代第二代，第二代替代第一代吗？其实并不是这样。

通过上文梳理的半导体发展使用材料和应用场景来看，各代半导体各自不同的材料特性决定了它们的差异化应用场景，新一代半导体往往随着市场新增需求崛起，前一代被后一代替代的领域并不多。

目前第一代半导体材料的发展已经十分成熟。具有成本低廉、自然界储备量大、应用广泛的特点。硅片占据着全球95%以上的半导体器件市场和99%以上的集成电路市场。

以GaAs为核心的第二代化合物半导体，优势是禁带宽度、电子迁移率较高，光电性能好。生长工艺较成熟，但资源稀缺，应用主要在微电子和光电子领域等。

以SiC、GaN为核心的第三代宽禁带半导体，优势是高导电率、高导热率、耐高温等，适合制造高频、高温、高压的大功率器件，而应用层面就是新能源汽车、5G宏基站、光伏、风电等。

前文所述，三代半导体在材料选择上，主要以碳化硅（SiC）、氮化镓（GaN）为代表。碳化硅主要应用在新能源汽车和工控等领域，氮化镓器件主要应用在5G基站等领域。

2020年我国第三代半导体产业电力电子和射频电子总产值超过100亿元，同比增长69.5%。其中，SiC、GaN电力电子产值规模达44.7亿元，同比增长54%；GaN微波射频产值达到60.8亿元，同比增长80.3%。

受益新能源汽车的放量和5G建设应用的推广，碳化硅衬底材料市场规模有望实现快速增长。

根据Yole统计，碳化硅衬底材料市场规模将从2018年的1.21亿美金增长到2024年的11亿美金，复合增速达44%。按照该复合增速，2027年碳化硅衬底材料市场规模将达到约33亿美金。

当下，电动车渗透率不断提升，汽车智能化下半场的哨声已经吹响，汽车芯片需求有望进一步扩大。兴业证券分析师谢恒此前表示，明年汽车芯片整体有望仍处于持续景气周期，以高压部分为例，在电动车快速渗透过程中，对于IGBT、SiC等需求量大幅提升，单车价值量较燃油车增加上千元。车规级逻辑IC、MCU、晶体管和传感器等需求量也有明显增加，目前车规级信号类芯片、中低压mos也处于供不应求状态，行业龙头安森美产能明显吃紧。未来拥有产能弹性的车规芯片公司，将充分受益汽车电动化和电子化，实现份额持续提升。

在功率等级相同的条件下，采用SiC器件可将电驱、电控等体积小型化，满足功率密度更高、设计更紧凑的需求，同时也能使电动车续航里程更长。

据罗兰贝格估算，预计2025年一台纯电动车中电子系统成本约为7030美元，较2019年的一台燃油车的3145美元大增3885美元。据Strategy Analytics数据显示，纯电动汽车中功率半导体占汽车半导体总成本比重约为55%，远超传统能源汽车的21%。

特斯拉的Model3车型采用了以24个SiC-MOSFET为功率模块的逆变器，是第一家在主逆变器中集成全SiC功率器件的汽车厂商；目前全球已有超过20家汽车厂商在车载充电系统中使用SiC功率器件；此外，SiC器件应用于新能源汽车充电桩，可以减小充电桩体积，提高充电速度。

蒸蒸日上的第三代半导体很显然会吸引国际巨头的布局和全球资本的关注。在半导体领域，美国的领先优势很大，根据半导体权威研究机构IC Insights公布的数据，2016年全球半导体企业前20强中，美国有8家半导体厂商入选，可谓独占鳌头，而除美国外的其他国家和地区，日本、中国台湾地区和欧洲各有3家企业入榜，值得注意的是，在这份榜单中，我国内地没有一家企业入榜。笔者查询了最新数据，2021年，内地只有一家公司上榜，就是中芯国际（见下图是2021最新数据，美国企业占了半壁江山）。

在电力电子产业中，美、日、欧三足鼎立，其中美国拥有科锐（CREE）、道康宁、II-VI公司等业界翘楚，占有全球大量的SiC企业。GaN领域美国也具有较为完整的产业链，在外延、器件及应用环节都具有生产企业；欧洲方面SiC产业链完整，SiCrystal、英飞凌科技（Infineon）、意法半导体（ST）等企业实力出众；日本精于模块开发，拥有富士电机、罗姆半导体（ROHM）、东芝等著名企业。

下表是光大证券归纳的国际大厂在三代半导体领域的布局动作。

自2014年工信部发布《集成电路产业发展推进纲要》开始，这些年来管理层一直高度重视半导体行业的发展，在政策以及资金的支持下，也确实在行业里有了一些代表性的公司。

碳化硅产业链环节分为设备、衬底片、外延片和器件环节。从事衬底片的国内厂商主要有露笑科技、三安光电、天科合达、山东天岳等；从事碳化硅外延生长的厂商主要有瀚天天成和东莞天域等；从事碳化硅功率器件的厂商较多，包括比亚迪半导体、闻泰科技、华润微、士兰微、斯达半导、扬杰科技、泰科天润等。

氮化镓产业链分为衬底、外延片和器件环节。尽管碳化硅被更多地作为衬底材料（相较于氮化镓），国内仍有从事氮化镓单晶生长的企业，主要有苏州纳维、东莞中镓、上海镓特和芯元基等；从事氮化镓外延片的国内厂商主要有三安光电、赛微电子、海陆重工、晶湛半导体、江苏能华、英诺赛科等；从事氮化镓器件的厂商主要有三安光电、闻泰科技、赛微电子、聚灿光电、乾照光电等。

本文与《半导体编年史：传奇的湮灭与诞生》两篇文章，梳理了半导体产业的发展以及半导体材料及应用的变迁，阐述了三代半导体的行业格局，从下一篇开始，笔者将具体梳理投资机会，看看对应的具有代表性的上市公司质量如何。

许螣垚

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