電子行業(yè)半導(dǎo)體深度系列：化合物5G+電動車驅(qū)動產(chǎn)業(yè)高速發(fā)展

1、 第 頁 P.2內(nèi)容目錄 HYPERLINK l _bookmark0 化合物半導(dǎo)體4 HYPERLINK l _bookmark1 什么是化合物半導(dǎo)體？4 HYPERLINK l _bookmark4 超越摩爾：光學(xué)、射頻、功率等模擬 IC 持續(xù)發(fā)展5 HYPERLINK l _bookmark10 砷化鎵（GaAs）：無線通信核心材料，受益 5G 大趨勢 7 HYPERLINK l _bookmark15 氮化鎵&碳化硅：高壓高頻優(yōu)勢顯著9 HYPERLINK l _bookmark17 氮化鎵：5G 時代來臨，射頻應(yīng)用前景廣闊10 HYPERLINK l _bookmark22 碳化硅：

2、功率器件核心材料，新能源汽車驅(qū)動成長11 HYPERLINK l _bookmark30 兩大驅(qū)動力：5G 提速+汽車電氣化14 HYPERLINK l _bookmark31 5G 加速推進(jìn)，射頻市場有望高速成長14 HYPERLINK l _bookmark32 海外率先商用，5G 提速預(yù)期強(qiáng)烈14 HYPERLINK l _bookmark36 氮化鎵將占射頻器件市場半壁江山15 HYPERLINK l _bookmark39 汽車電氣化推動碳化硅市場快速成長16 HYPERLINK l _bookmark40 汽車半導(dǎo)體市場快速增長16 HYPERLINK l _bookmark44

3、環(huán)保需求持續(xù)驅(qū)動汽車電氣化進(jìn)程17 HYPERLINK l _bookmark46 汽車硅含量持續(xù)提升，碳化硅市場顯著受益18 HYPERLINK l _bookmark52 相關(guān)標(biāo)的21 HYPERLINK l _bookmark53 三安光電：全工藝平臺布局，持續(xù)加碼化合物半導(dǎo)體，III-V 族龍頭正式起航21 HYPERLINK l _bookmark55 CREE：碳化硅基氮化鎵龍頭，Wolfspeed 持續(xù)高增長22 HYPERLINK l _bookmark64 風(fēng)險提示25圖表目錄 HYPERLINK l _bookmark2 圖表 1：不同化合物半導(dǎo)體應(yīng)用領(lǐng)域4 HYPERLI

4、NK l _bookmark3 圖表 2：化合物半導(dǎo)體材料性能更為優(yōu)異5 HYPERLINK l _bookmark5 圖表 3：摩爾定律失效（DRAM 供應(yīng)鏈）5 HYPERLINK l _bookmark6 圖表 4：超越摩爾示意5 HYPERLINK l _bookmark7 圖表 5：第三代半導(dǎo)體應(yīng)用場景6 HYPERLINK l _bookmark8 圖表 6：模擬IC 與數(shù)字IC 的區(qū)別7 HYPERLINK l _bookmark9 圖表 7：模擬IC 工藝介紹7 HYPERLINK l _bookmark11 圖表 8：PA 價值量明顯受益 4G 發(fā)展趨勢8 HYPERLINK

5、 l _bookmark12 圖表 9：目前 PA 產(chǎn)品市場占比9 HYPERLINK l _bookmark13 圖表 10：PA 產(chǎn)品代工廠營收占比情況9 HYPERLINK l _bookmark14 圖表 11：Qorvo 氮化鎵射頻器件工藝制程9 HYPERLINK l _bookmark16 圖表 12：GaN HEMT 禁帶寬度表現(xiàn)優(yōu)異10 HYPERLINK l _bookmark18 圖表 13：GaN 較GaAs 大幅減少體積10 HYPERLINK l _bookmark19 圖表 14：氮化鎵性能對比10 HYPERLINK l _bookmark20 圖表 15：氮化

6、鎵射頻器件產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)變化11 HYPERLINK l _bookmark21 圖表 16：氮化鎵射頻器件下游結(jié)構(gòu)11 HYPERLINK l _bookmark23 圖表 17：SiC 應(yīng)用領(lǐng)域12 HYPERLINK l _bookmark24 圖表 18：SiC 特性和優(yōu)勢12 HYPERLINK l _bookmark25 圖表 19：SiC 較 Si 基產(chǎn)品能夠大幅減少Die Size12 HYPERLINK l _bookmark26 圖表 20：目前的主流 SiC 和 Si 基 IGBT 產(chǎn)品12P.3 HYPERLINK l _bookmark27 圖表 21：硅基 IGBT 與碳

7、化硅基MOSFET wafer cost 對比13 HYPERLINK l _bookmark28 圖表 22：碳化硅市場空間（百萬美元）13 HYPERLINK l _bookmark29 圖表 23：碳化硅產(chǎn)業(yè)鏈13 HYPERLINK l _bookmark33 圖表 24：全球 5G 落地時間14 HYPERLINK l _bookmark34 圖表 25：宏基站年建設(shè)數(shù)量預(yù)測14 HYPERLINK l _bookmark35 圖表 26：5G 基站分結(jié)構(gòu)市場規(guī)模15 HYPERLINK l _bookmark37 圖表 27：氮化鎵射頻器件市場結(jié)構(gòu)16 HYPERLINK l _b

8、ookmark38 圖表 28：射頻器件市場結(jié)構(gòu)16 HYPERLINK l _bookmark41 圖表 29：汽車集成電路市場規(guī)模（十億美元）17 HYPERLINK l _bookmark42 圖表 30：模擬電路下游結(jié)構(gòu)17 HYPERLINK l _bookmark43 圖表 31：汽車模擬 IC 市場增速超過手機(jī)（億美元）17 HYPERLINK l _bookmark45 圖表 32：新能源燃油消耗對比18 HYPERLINK l _bookmark47 圖表 33：汽車電氣化分類18 HYPERLINK l _bookmark48 圖表 34：新能源汽車半導(dǎo)體價值量提升19 H

9、YPERLINK l _bookmark49 圖表 35：氮化鎵功率器件市場空間19 HYPERLINK l _bookmark50 圖表 36：碳化硅功率器件市場結(jié)構(gòu)20 HYPERLINK l _bookmark51 圖表 37：汽車電動化需要多種模擬 IC 產(chǎn)品20 HYPERLINK l _bookmark54 圖表 38：三安集成全面布局化合物制造工藝平臺22 HYPERLINK l _bookmark56 圖表 39：氮化鎵射頻領(lǐng)域?qū)＠麑?shí)力23 HYPERLINK l _bookmark57 圖表 40：CREE 于 2018 年 2 月提出的 5 年轉(zhuǎn)型計劃23 HYPERLIN

10、K l _bookmark58 圖表 41：CREE 各業(yè)務(wù)收入（百萬美元）24 HYPERLINK l _bookmark59 圖表 42：CREE 收入結(jié)構(gòu)24 HYPERLINK l _bookmark60 圖表 43：CREE 各業(yè)務(wù)毛利率24 HYPERLINK l _bookmark61 圖表 44：CREE 2022 年 SAM（百萬美元）24 HYPERLINK l _bookmark62 圖表 45：碳化硅功率分立器件市場份額25 HYPERLINK l _bookmark63 圖表 46：碳化硅晶圓市場份額25P.4化合物半導(dǎo)體什么是化合物半導(dǎo)體？半導(dǎo)體材料可分為單質(zhì)半導(dǎo)體

11、及化合物半導(dǎo)體兩類，前者如硅（Si）、鍺(Ge）等所形成的半導(dǎo)體，后者為砷化鎵（GaAs）、氮化鎵（GaN）、碳化硅（SiC）等化合物形成。半導(dǎo)體在過去主要經(jīng)歷了三代變化，。砷化鎵（GaAs）、氮化鎵（GaN）和碳化硅（SiC）半導(dǎo)體分別作為第二代和第三代半導(dǎo)體的代表，相比第一代半導(dǎo)體高頻性能、高溫性能優(yōu)異很多，制造成本更為高昂，可謂是半導(dǎo)體中的新貴。圖表 1：不同化合物半導(dǎo)體應(yīng)用領(lǐng)域資料來源： 根據(jù)三安集成官網(wǎng)整理三大化合物半導(dǎo)體材料中，GaAs 占大頭，主要用于通訊領(lǐng)域，全球市場容量接近百億美元，主要受益通信射頻芯片尤其是 PA 升級驅(qū)動；GaN 大功率、高頻性能更出色，主要應(yīng)用于軍事領(lǐng)域

12、，目前市場容量不到 10 億美元，隨著成本下降有望迎來廣泛應(yīng)用；SiC 主要作為高功率半導(dǎo)體材料應(yīng)用于汽車以及工業(yè)電力電子，在大功率轉(zhuǎn)換應(yīng)用中具有巨大的優(yōu)勢。圖表 2：化合物半導(dǎo)體材料性能更為優(yōu)異材料SiGaAsGaN高頻性能差好好高溫性能差好好發(fā)展階段成熟發(fā)展中初期制造成本低高很高應(yīng)用領(lǐng)域超大規(guī)模集成電路與器件微薄集成電路與器件大功率器件資料來源：yole development， 整理超越摩爾：光學(xué)、射頻、功率等模擬 IC 持續(xù)發(fā)展摩爾定律放緩，集成電路發(fā)展分化?，F(xiàn)在集成電路的發(fā)展主要有兩個反向：More Moore（深度摩爾）和 More than Moore （超越摩爾）。摩爾定律是指

13、集成電路大概 18 個月的時間里，在同樣的面積上，晶體管數(shù)量會增加一倍，但是價格下降一半。但是在 28nm 時遇到了阻礙，其晶體管數(shù)量雖然增加一倍，但是價格沒有下降一半。More Moore （深度摩爾）是指繼續(xù)提升制程節(jié)點(diǎn)技術(shù)，進(jìn)入后摩爾時期。與此同時，More than Moore （超越摩爾）被人們提出，此方案以實(shí)現(xiàn)更多應(yīng)用為導(dǎo)向，專注于在單片 IC 上加入越來越多的功能。圖表 3：摩爾定律失效（DRAM 供應(yīng)鏈）圖表 4：超越摩爾示意過去（摩爾定律）現(xiàn)在（后摩爾時代）每代位元增速50%30%代際間隔1 年2 年以上晶圓生產(chǎn)效率下滑幾乎沒有5%單位晶圓位元增速50%10-20%成本減幅（

14、不考慮晶圓擴(kuò)產(chǎn)）30%5-10%每萬片新建產(chǎn)能CapEx5 億美元10 億美元每萬片擴(kuò)建產(chǎn)能CapEx1 億美元2 億美元資料來源：infineon、 資料來源：ADI、 模擬 IC 更適合在 More than Moore （超越摩爾）道路。先進(jìn)制程與高集成度可以使數(shù)字 IC 具有更好的性能和更低的成本，但是這不適用于模擬 IC。射頻電路等模擬電路往往需要使用大尺寸電感，先進(jìn)制程的集成度影響并不大，同時還會使得成本升高；先進(jìn)制程往往用于低功耗環(huán)境，但是射頻、電源等模擬 IC 會用于高頻、高功耗領(lǐng)域，先進(jìn)制程對性能甚至有負(fù)面影響；低電源和電壓下模擬電路的線性度也難以保證。PA 主要技術(shù)是GaA

15、s，而開關(guān)主要技術(shù)是 SOI，More than Moore （超越摩爾）可以實(shí)現(xiàn)使用不同技術(shù)和工藝的組合，為模擬 IC 的進(jìn)一步發(fā)展提供了道路。P.5第三代半導(dǎo)體適應(yīng)更多應(yīng)用場景。硅基半導(dǎo)體具有耐高溫、抗輻射性能好、制作方便、穩(wěn)定性好?？煽慷雀叩忍攸c(diǎn)，使得 99%以上集成電路都是以硅為材料制作的。但是硅基半導(dǎo)體不適合在高頻、高功率領(lǐng)域使用。2G、3G 和 4G 等時代 PA 主要材料是 GaAs，P.6但是進(jìn)入 5G 時代以后，主要材料是 GaN。5G 的頻率較高，其跳躍式的反射特性使其傳輸距離較短。由于毫米波對于功率的要求非常高，而 GaN 具有體積小功率大的特性，是目前最適合5G 時代的

16、PA 材料。SiC 和GaN 等第三代半導(dǎo)體將更能適應(yīng)未來的應(yīng)用需求。圖表 5：第三代半導(dǎo)體應(yīng)用場景資料來源：Infineon、 模擬 IC 關(guān)注電壓電流控制、失真率、功耗、可靠性和穩(wěn)定性，設(shè)計者需要考慮各種元器件對模擬電路性能的影響，設(shè)計難度較高。數(shù)字電路追求運(yùn)算速度與成本，多采用CMOS 工藝，多年來一直沿著摩爾定律發(fā)展，不斷采用地更高效率的算法來處理數(shù)字信號，或者利用新工藝提高集成度降低成本。而過高的工藝節(jié)點(diǎn)技術(shù)往往不利于實(shí)現(xiàn)模擬IC 實(shí)現(xiàn)低失真和高信噪比或者輸出高電壓或者大電流來驅(qū)動其他元件的要求，因此模擬IC 對節(jié)點(diǎn)演進(jìn)需求相對較低遠(yuǎn)大于數(shù)字 IC。模擬芯片的生命周期也較長，一般長達(dá)

17、 10年及以上，如仙童公司在 1968 年推出的運(yùn)放A741 賣了近五十年還有客戶在用。圖表 6：模擬 IC 與數(shù)字IC 的區(qū)別IC 種類模擬 IC數(shù)字 IC處理信號連續(xù)函數(shù)形式模擬信號（如聲音、光線、溫度等）離散的數(shù)字信號技術(shù)難度設(shè)計門檻高，學(xué)習(xí)曲線 10-15 年電腦輔助設(shè)計，學(xué)習(xí)曲線 35 年設(shè)計難點(diǎn)非理想效應(yīng)過多，需要扎實(shí)的基礎(chǔ)知識和豐富的經(jīng)驗(yàn)。例如，小信號分析， 時域頻域分析。芯片規(guī)模大，工具運(yùn)行時間長，工藝要求復(fù)雜，需要多團(tuán)隊(duì)共同協(xié)作工藝制程目前業(yè)界仍大量使用 0.18um/0.13um，最先進(jìn)工藝達(dá) 28nm。按照摩爾定律的發(fā)展，使用最先進(jìn)的工藝。目前已經(jīng)達(dá)到 10nm產(chǎn)品應(yīng)用放

18、大器、信號接口、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、比較器等CPU、微處理器、微控制器、數(shù)字信號處理單元、存儲器等產(chǎn)品特點(diǎn)數(shù)量少，種類多數(shù)量多，種類少生命周期10 年，甚至幾十年1-2 年ASP價格低，穩(wěn)定初期高，后期低替代性低高（多數(shù)為標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品，可替代）資料來源：ADI、 目前數(shù)字 IC 多采用 CMOS 工藝，而模擬 IC 采用的工藝種類較多，不受摩爾定律束縛。模擬 IC 的制造工藝有 Bipolar 工藝、CMOS 工藝和 BiCMOS 工藝。在高頻領(lǐng)域，SiGe 工藝、GaAs 工藝和 SOI 工藝還可以與 Bipolar 和 BiCMOS 工藝結(jié)合，實(shí)現(xiàn)更優(yōu)異的性能。而在功率領(lǐng)域，SOI 工藝和 BCD（Bi

19、CMOS 基礎(chǔ)上集成 DMOS 等功率器件）工藝也有更好的表現(xiàn)。模擬 IC 應(yīng)用廣泛，使用環(huán)節(jié)也各不相同，因此制造工藝也會相應(yīng)變化。圖表 7：模擬 IC 工藝介紹工藝優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)應(yīng)用領(lǐng)域應(yīng)用 ICBipolar頻率高、功率大、驅(qū)動能力強(qiáng)集成度低，不能滿足無刷電機(jī)驅(qū)動、LED 驅(qū)動控制等芯片的要求電源管理芯片、電動機(jī)驅(qū)動芯片、RF、高精度、高壓等應(yīng)用領(lǐng)域模擬 ICCMOS功耗低、度集成高、噪聲低、抗干擾能力強(qiáng)頻率低、驅(qū)動性能差, 只能滿足數(shù)字集成電路和小功率模擬集成電路的需要。CPU、MCU、低功耗模擬 IC、低電流運(yùn)放等數(shù)字 IC、小功率模擬 ICBiCMOS驅(qū)動能力強(qiáng)、功耗低、度集成度高-無刷電

20、機(jī)驅(qū)動、RF 電路、LED 控制驅(qū)動、IGBT控制驅(qū)動、A/D、D/A、RF 混合信號芯片等模擬 IC、數(shù)模混合 IC資料來源：ADI、 P.7砷化鎵（GaAs）：無線通信核心材料，受益 5G 大趨勢P.8相較于第一代硅半導(dǎo)體，砷化鎵具有高頻、抗輻射、耐高溫的特性，因此廣泛應(yīng)用在主流的商用無線通信、光通訊以及國防軍工用途上。無線通信的普及與硅在高頻特性上的限制共同催生砷化鎵材料脫穎而出，在無線通訊領(lǐng)域得到大規(guī)模應(yīng)用?；鶐Ш蜕漕l模塊是完成 3/4/5G 蜂窩通訊功能的核心部件。射頻模塊一般由收發(fā)器和前端模組（PA、Switch、Filter）組成。其中砷化鎵目前已經(jīng)成為 PA 和 Switch

21、的主流材料。4G/5G 頻段持續(xù)提升，驅(qū)動 PA 用量增長。由于單顆 PA 芯片僅能處理固定頻段的信號， 所以蜂窩通訊頻段的增加會顯著提升智能手機(jī)單機(jī) PA 消耗量。隨著 4G 通訊的普及，移動通訊的頻段由 2010 年的 6 個急速擴(kuò)張到 43 個，5G 時代更有有望提升至 60 以上。目前主流 4G 通信采用 5 頻 13 模，平均使用 7 顆 PA，4 個射頻開關(guān)器。圖表 8：PA 價值量明顯受益 4G 發(fā)展趨勢資料來源：QORVO， 目前砷化鎵龍頭企業(yè)仍以 IDM 模式為主，包括美國 Skyworks 、 Qorvo 、Broadcom/Avago、Cree、德國 Infineon 等

22、。同時我們也注意到產(chǎn)業(yè)發(fā)展模式開始逐漸由 IDM 模式轉(zhuǎn)為設(shè)計+代工生產(chǎn)，典型事件為代工比例持續(xù)提升、avago 去年將科羅拉多廠出售給穩(wěn)懋等。我們認(rèn)為 GaAs 襯底和器件技術(shù)不斷成熟和標(biāo)準(zhǔn)化，產(chǎn)品多樣化、器件設(shè)計的價值顯著，設(shè)計+制造的分工模式開始增加。從 Yole Development 等第三方研究機(jī)構(gòu)估算來看，2017 年全球用于PA 的GaAs 器件市場規(guī)模達(dá)到 80-90 億美元，大部分的市場份額集中于 Skyworks、Qorvo、Avago 三大巨頭。預(yù)計隨著通信升級未來兩年有望正式超過 100 億美元。圖表 9：目前 PA 產(chǎn)品市場占比圖表 10：PA 產(chǎn)品代工廠營收占比情

23、況資料來源：yole、skyworks 等廠商年報， 資料來源：yole、skyworks 等廠商年報， P.9同時應(yīng)用市場決定無需 60 nm 線寬以下先進(jìn)制程工藝，不追求最先進(jìn)制程工藝是另外一個特點(diǎn)?；衔锇雽?dǎo)體面向射頻、高電壓大功率、光電子等領(lǐng)域，無需先進(jìn)工藝。GaAs和 GaN 器件以 0.13、0.18m 以上工藝為主。Qorvo 正在進(jìn)行 90nm 工藝研發(fā)。此外由于受GaAs 和 SiC 襯底尺寸限制，目前生產(chǎn)線基本全為 4 英寸和 6 英寸。以 Qorvo 為例， 我們統(tǒng)計下來氮化鎵制程基本線寬在 0.25-0.50um，生產(chǎn)線以 4 英寸為主。圖表 11：Qorvo 氮化鎵射

24、頻器件工藝制程資料來源：qorvo， 氮化鎵&碳化硅：高壓高頻優(yōu)勢顯著氮化鎵(GaN)和碳化硅(SiC)并稱為第三代半導(dǎo)體材料的雙雄，由于性能不同，二者的應(yīng)用領(lǐng)域也不相同。由于氮化鎵具有禁帶寬度大、擊穿電場高、飽和電子速率大、熱導(dǎo)率高、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定和抗輻射能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，成為高溫、高頻、大功率微波器件的首選材料之一。圖表 12：GaN HEMT 禁帶寬度表現(xiàn)優(yōu)異資料來源：英飛凌， P.10氮化鎵：5G 時代來臨，射頻應(yīng)用前景廣闊目前氮化鎵器件有三分之二應(yīng)用于軍工電子，如軍事通訊、電子干擾、雷達(dá)等領(lǐng)域；在民用領(lǐng)域，氮化鎵主要被應(yīng)用于通訊基站、功率器件等領(lǐng)域。氮化鎵基站 PA 的功放效率較其他材料更

25、高，因而能節(jié)省大量電能，且其可以幾乎覆蓋無線通訊的所有頻段，功率密度大，能夠減少基站體積和質(zhì)量。圖表 13：GaN 較GaAs 大幅減少體積資料來源：RFMD， 圖表 14：氮化鎵性能對比資料來源：KEYSIGHT、 特色工藝代工廠崛起， 分工大勢所趨。全球半導(dǎo)體分為 IDM(Integrated Device Manufacture，集成電路制造)模式和垂直分工模式兩種商業(yè)模式，老牌大廠由于歷史原因，多為 IDM 模式。隨著集成電路技術(shù)演進(jìn)，摩爾定律逼近極限，各環(huán)節(jié)技術(shù)、資金壁壘日漸提高，傳統(tǒng) IDM 模式弊端凸顯，新銳廠商多選擇 Fabless（無晶圓廠）模式，輕裝追趕。同時英飛凌、TI、

26、AMD 等老牌大廠也逐漸將全部或部分制造、封測環(huán)節(jié)外包， 轉(zhuǎn)向 Fab-Lite（輕晶圓廠）甚至Fabless 模式。圖表 15：氮化鎵射頻器件產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)變化資料來源：Yole、 氮化鎵射頻器件高速成長，復(fù)合增速 23%，下游市場結(jié)構(gòu)整體保持穩(wěn)定。研究機(jī)構(gòu) Yole Development 數(shù)據(jù)顯示，2017 年氮化鎵射頻市場規(guī)模為 3.8 億美元，將于 2023 年增長至 13 億美元，復(fù)合增速為 22.9%。下游應(yīng)用結(jié)構(gòu)整體保持穩(wěn)定，以通訊與軍工為主， 二者合計占比約為 80%。圖表 16：氮化鎵射頻器件下游結(jié)構(gòu)資料來源：Yole、 碳化硅：功率器件核心材料，新能源汽車驅(qū)動成長P.11SiC

27、 主要用于大功率高頻功率器件。以 SiC 為材料的二極管、MOSFET、IGBT 等器件未來有望在汽車電子領(lǐng)域取代 Si。目前 SiC 半導(dǎo)體仍處于發(fā)展初期，晶圓生長過程中易出P.12現(xiàn)材料的基面位錯，以致 SiC 器件可靠性下降。另一方面，晶圓生長難度導(dǎo)致 SiC 材料價格昂貴，預(yù)計想要大規(guī)模得到應(yīng)用仍需一段時期的技術(shù)改進(jìn)。圖表 17：SiC 應(yīng)用領(lǐng)域圖表 18：SiC 特性和優(yōu)勢資料來源：ROHM， 資料來源：ROHM， Die Size 和成本是碳化硅技術(shù)產(chǎn)業(yè)化的核心變量。我們比較目前市場主流 1200V 硅基IGBT 及碳化硅基MOSFET，可以發(fā)現(xiàn) SiC 基MOSFET 產(chǎn)品較 S

28、i 基產(chǎn)品能夠大幅減少Die Size，且表現(xiàn)性能更好。但是目前最大阻礙仍在于 Wafer Cost，根據(jù) yole development測算，單片成本 SiC 比 Si 基產(chǎn)品高出 7-8 倍。圖表 19：SiC 較 Si 基產(chǎn)品能夠大幅減少 Die Size圖表 20：目前的主流 SiC 和Si 基IGBT 產(chǎn)品資料來源：yole development， 資料來源：yole development， 圖表 21：硅基 IGBT 與碳化硅基MOSFET wafer cost 對比資料來源：yole development， 研究機(jī)構(gòu) IHS 預(yù)測到 2025 年 SiC 功率半導(dǎo)體的市場

29、規(guī)模有望達(dá)到 30 億美元。在未來的 10 年內(nèi)，SiC 器件將開始大范圍地應(yīng)用于工業(yè)及電動汽車領(lǐng)域。縱觀全球 SiC 主要市場，電力電子占據(jù)了 2016-2017 年最大的市場份額。該市場增長的主要驅(qū)動因素是由于電源供應(yīng)和逆變器應(yīng)用越來越多地使用 SiC 器件。圖表 22：碳化硅市場空間（百萬美元）圖表 23：碳化硅產(chǎn)業(yè)鏈資料來源：yole development， 資料來源：yole development， SiC 近期產(chǎn)業(yè)化進(jìn)度加速，上游產(chǎn)業(yè)鏈開始擴(kuò)大規(guī)模和鎖定貨源。我們根據(jù)整理 CREE 公告，可以發(fā)現(xiàn)近期碳化硅產(chǎn)業(yè)化進(jìn)度開始加速，ST、英飛凌等中游廠商開始鎖定上游晶圓貨源：2019

30、 年 1 月公告：CREE 與 ST 簽署一項(xiàng)為期多年的 2.5 億美元規(guī)模的生產(chǎn)供應(yīng)協(xié)議，Wolfspeed 將會向 ST 供應(yīng) 150 SiC 晶圓。2018 年 10 月公告：CREE 宣布了一項(xiàng)價值 8,500 萬美元的長期協(xié)議，將為一家未公布名稱的“領(lǐng)先電力設(shè)備公司”生產(chǎn)和供應(yīng) SiC 晶圓。P.132018 年 2 月公告：Cree 與英飛凌簽訂了 1 億美元的長期供應(yīng)協(xié)議，為其光伏逆變器、機(jī)器人、充電基礎(chǔ)設(shè)施、工業(yè)電源、牽引和變速驅(qū)動器等產(chǎn)品提供 SiC 晶圓。兩大驅(qū)動力：5G 提速+汽車電氣化5G 加速推進(jìn)，射頻市場有望高速成長海外率先商用，5G 提速預(yù)期強(qiáng)烈海外 5G 率先商

31、用，國內(nèi) 5G 推進(jìn)有望加速！4 月 3 日，美國運(yùn)營商 Verizon 宣布在部分地區(qū)推出 5G 服務(wù)；4 月 5 日，韓國三大運(yùn)營商宣布開始針對普通消費(fèi)者的 5G 商用服務(wù)； 4 月 10 日，日本政府向四大運(yùn)營商分配 5G 頻段，預(yù)計明年春正式商用；我們認(rèn)為，在海外 5G 積極推進(jìn)商用的節(jié)奏下，國內(nèi) 5G 有望加速。圖表 24：全球 5G 落地時間資料來源：ROHDE&SCHWARZ、 隨著 5G 的推廣，從 5G 的建設(shè)需求來看，5G 將會采取宏站加小站組網(wǎng)覆蓋的模式， 歷次基站的升級，都會帶來一輪原有基站改造和新基站建設(shè)潮。2017 年我國 4G 廣覆蓋階段基本結(jié)束，4G 宏基站達(dá)到

32、 328 萬個。根據(jù)賽迪顧問預(yù)測，5G 宏基站總數(shù)量將會是4G 宏基站 1.11.5 倍，對應(yīng) 360 萬至 492 萬 5G 宏基站。圖表 25：宏基站年建設(shè)數(shù)量預(yù)測120100806040200宏基站數(shù)量(萬個）YoY2019E2020E2021E2022E2023E2024E2025E2026E300%250%200%150%100%50%0%-50%-100%資料來源：賽迪顧問，國 P.14于此同時在小站方面，毫米波高頻段的小站覆蓋范圍是 1020m，應(yīng)用于熱點(diǎn)區(qū)域或更高容量業(yè)務(wù)場景，其數(shù)量保守估計將是宏站的 2 倍，由此我們預(yù)計 5G 小站將達(dá)到 950萬個。圖表 26：5G 基站分

33、結(jié)構(gòu)市場規(guī)模5G 產(chǎn)業(yè)鏈環(huán)節(jié)預(yù)算依據(jù)（宏站 475 萬個，小站 950 萬個）市場規(guī)模（億元）基站天線每個基站 3 副天線，宏站每副天線預(yù)計 3000-5000 元，小站每副天線 500-1000 元855基站射頻每個基站 3 副天線對應(yīng) 3 套射頻模塊，宏站每套射頻模塊預(yù)計 2000-5000 元，小站每套射頻模塊預(yù)計 500-1000 元。641.25小微基站與室內(nèi)分布小微基站整體價格預(yù)計為 5000-10000 元，其數(shù)量 950 萬；室內(nèi)分布系統(tǒng)分為企業(yè)級和家庭級，預(yù)計我國 5G 企業(yè)級室內(nèi)分布將成為主流，總數(shù)量保守估計為 1000 萬左右，每個價格 500-1000 元1050通信網(wǎng)

34、絡(luò)設(shè)備（SDN/NFV 解決方案）通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)備主要包括無線、傳輸、核心網(wǎng)及業(yè)務(wù)承載支撐等系統(tǒng)設(shè)備。一句運(yùn)營商統(tǒng)計，在 4G 系統(tǒng)中通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的投資超過 2000 億元，我們預(yù)計 5G 基于 SDN/NFV 重購的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)將形成硬件設(shè)備和軟件定義化解決方案的兩大部分，預(yù)計整體投資將同比增長 30%。2600光纖光纜基于 CRAN 部署方式，RRU 到 BBU 及其到匯聚點(diǎn)的前傳回傳網(wǎng)絡(luò)，預(yù)計平均每個宏站所需光纖 2KM，每小時所需光纖 0.5KM，采用大芯數(shù)光纜（144 芯），宏站現(xiàn)有基站光纖復(fù)用率為 50%。宏站：475 萬*2KM*50%=6.84 億芯公里。小站：950 萬*0.5KM*

35、144=6.84 億芯公里。共 13.68 億芯公里，光纖價格預(yù)計 50-100 元芯公里889.2光模塊前傳：每個基站覆蓋三個扇區(qū)，每個扇區(qū)一個 BBU 和 RRU，每個基站需要 6 個光模塊， 故前傳所需：（475 萬+950 萬）*6=8550 萬個。回轉(zhuǎn)：基站 BBU 回轉(zhuǎn)需要 1 個光模塊，基于 C-RAN，每個 BBU 對應(yīng) 3 個 RRU，每個基站需要 1 個回轉(zhuǎn)光模塊，故所需：475 萬+950 萬=1425 萬個。總計所需光模塊：9975 萬個，25G/100G 光模塊量產(chǎn)后（達(dá)到運(yùn)營商能承受規(guī)模替換的價格）500-1000 元/個997.5網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃運(yùn)維網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃運(yùn)維主要包括規(guī)

36、劃設(shè)計、網(wǎng)優(yōu)和運(yùn)維，一句運(yùn)營商測算，投資規(guī)模約為 1200億元，5G 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)重構(gòu)和集中化運(yùn)維，雖然基站總數(shù)增多，業(yè)務(wù)復(fù)雜度提高，但集中化、智能化的趨勢明顯。預(yù)計總投資規(guī)模將小幅增長，達(dá)到 1300 億元。1300系統(tǒng)集成與應(yīng)用服務(wù)5G 面向物聯(lián)網(wǎng)、遠(yuǎn)程醫(yī)療、工業(yè)網(wǎng)互聯(lián)等場景的系統(tǒng)集成與應(yīng)用服務(wù)，將不同于 4G 網(wǎng)絡(luò)，包括行業(yè)解決方案、物聯(lián)網(wǎng)平臺、大數(shù)據(jù)應(yīng)用等，一句運(yùn)營商的測算，我們保守估計在 5G 網(wǎng)絡(luò)主建設(shè)時期，其投資金額將達(dá)到 1600 億元。1600其他（配套和工程建設(shè)等）4G 網(wǎng)絡(luò)的配套設(shè)施與工程建設(shè)投資超過 1350 億元，5G 將同比增長 15%至 20%，預(yù)計達(dá) 1600 億元

37、1600總計11532.95資料來源：賽迪顧問， 氮化鎵將占射頻器件市場半壁江山基站建設(shè)將是氮化鎵市場成長的主要驅(qū)動力之一。Yole development 數(shù)據(jù)顯示，2018 年，基站端氮化鎵射頻器件市場規(guī)模不足 2 億美元，預(yù)計到 2023 年，基站端氮化鎵市P.15場規(guī)模將超 5 億美元。氮化鎵射頻器件市場整體將保持 23%的復(fù)合增速，2023 年市場規(guī)模有望達(dá) 13 億美元。圖表 27：氮化鎵射頻器件市場結(jié)構(gòu)資料來源：Yole、 氮化鎵將占射頻器件市場半壁江山。在射頻器件領(lǐng)域，目前 LDMOS（橫向擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體）、GaAs（砷化鎵）、GaN（氮化鎵）三者占比相差不大，但據(jù) Yo

38、le development 預(yù)測，至 2025 年，砷化鎵市場份額基本維持不變的情況下，氮化鎵有望替代大部分LDMOS 份額，占據(jù)射頻器件市場約 50%的份額。圖表 28：射頻器件市場結(jié)構(gòu)資料來源：Yole、 汽車電氣化推動碳化硅市場快速成長汽車半導(dǎo)體市場快速增長P.16汽車 IC 快速增長，成半導(dǎo)體增長亮點(diǎn)。根據(jù) IC Insights 數(shù)據(jù)，預(yù)計 2018 年汽車 IC 增速可達(dá) 18.5%，規(guī)?？蛇_(dá) 323 億美元。到 2021 年，汽車 IC 市場將會增長到 436 億美元，2017 年到 2021 年之間的復(fù)合增長率為 12.5%，為復(fù)合增長率最高的細(xì)分市場模塊，也是未來的主要驅(qū)動

39、力之一。圖表 29：汽車集成電路市場規(guī)模（十億美元）3020%2515%2010%155%1050%0-5%20142015201620172018F資料來源：IC Insights、 汽車模擬 IC 增長強(qiáng)勁，實(shí)現(xiàn)對智能手機(jī)的超越。智能手機(jī)的高速增長曾經(jīng)是帶動半導(dǎo)體市場增長的主要驅(qū)動力，如今汽車成為下一位選手。根據(jù) HIS 數(shù)據(jù)，從體量上看，2015 年汽車模擬 IC 市場將已經(jīng)超過的智能手機(jī)市場，預(yù)計 2018 年汽車模擬 IC 市場規(guī)?？蛇_(dá) 102 億美元。與此同時，由于汽車市場增速高于其他子行業(yè)，其模擬 IC 銷售占比也逐年增加。圖表 30：模擬電路下游結(jié)構(gòu)圖表 31：汽車模擬 IC

40、市場增速超過手機(jī)（億美元）消費(fèi)通信計算汽車工業(yè)國防智能手機(jī)市場汽車市場20%1%21%1%11%13%1051009524%20%10%7%35%36%9085807520152018F 資料來源：IC Insights、 資料來源：IHS 、 環(huán)保需求持續(xù)驅(qū)動汽車電氣化進(jìn)程環(huán)保節(jié)能需求推動汽車電氣化，新能源汽車快速增長。由于各國政府對能源和環(huán)境問題高度重視，紛紛提出禁售燃油車計劃，汽車電氣化幾乎是必然趨勢。Katusa Research 數(shù)據(jù)顯示，中國，美國和德國將成為電動汽車的主要推廣者，致使 2040 年電動汽車年P(guān).17均銷售量可達(dá) 6 千萬量。新能源汽車能夠有效降低燃油消耗量，而新能

41、源汽車需要用到P.18大量的電源類 IC（比如升降電壓用的 DC/DC），模擬 IC 行業(yè)可從中受益。圖表 32：新能源燃油消耗對比電動車技術(shù)電機(jī)電壓節(jié)省燃油量start/stop12V25%Micro hybird12V310%Mild hybird48V815%Mild hybirdHV（100V）1016%Full hybird200V450V，some 48V2050%Plug-in hybird100V800V4080%Pure electric100V800V100%資料來源：TI、 汽車硅含量持續(xù)提升，碳化硅市場顯著受益汽車電氣化程度逐步加深，硅價值量持續(xù)增長。各車企紛紛推出新能

42、源車，以實(shí)現(xiàn)汽車電動化的軟替代，常見的新能源汽車包括混合動力汽車、插電式混合動力汽車、增程式電動汽車、純電動汽車。隨著電氣化程度的提升，汽車半導(dǎo)體價值量也水漲船高。2018 年中度混合動力汽車、插電式混合動力汽車和純電動汽車單車半導(dǎo)體價值量分別達(dá) 475、740 和 750 美元，根據(jù) Strategy Analytics 預(yù)測，2025 年度混合動力汽車、插電式混合動力汽車和純電動汽車銷量分別可達(dá)到 0.17 億、0.13 億、0.08 億，合計半導(dǎo)體市場規(guī)模可達(dá) 237 億美元。圖表 33：汽車電氣化分類汽車類型簡稱動力來源及其他純電動汽車BEV (Battery ElectricVehi

43、cle):動力全部來源于電池增程式電動汽車REEV (Range ExtendElectric Vehicle )電動機(jī)提供動力，依靠車內(nèi)發(fā)動機(jī)發(fā)電。燃料電池汽車FCEV (Fuel Cell ElectricVehicle)以氫氣、甲醇等為燃料，通過化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生電流，依靠電機(jī)驅(qū)動。插電式混合動力汽車PHEV (Plug-in Hybrid Electric Vehicle)能量提供由電池和燃油提供。動力提供由燃油發(fā)動機(jī)和電動機(jī)提供。車載動力電池可以通過外接電源進(jìn)行充電?；旌蟿恿ζ嘓EV (Hybrid Electric Vehicle)同時配有發(fā)動機(jī)和電動機(jī)，電機(jī)幫助汽車啟 停，能改善車輛

44、的低速動力輸出和降低油耗。電池能量通過汽車運(yùn)行中的能量回收資料來源：TI、 圖表 34：新能源汽車半導(dǎo)體價值量提升資料來源：Infineon、Strategy Analytics、 P.19電動車市場將是碳化硅器件成長的主要驅(qū)動力。根據(jù) Yole development 預(yù)測，未來幾年新能源汽車、電機(jī)驅(qū)動、鐵路對碳化硅市場增長影響較大，其中增量價值最高的為新能源汽車，包括汽車本身以及由此帶動的各類基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)。圖表 35：氮化鎵功率器件市場空間資料來源：Yole、 圖表 36：碳化硅功率器件市場結(jié)構(gòu)資料來源：Yole、 P.20汽車處于安全性考慮，需要包含各個子系統(tǒng)的穩(wěn)壓、靜電保護(hù)、信號隔絕等

45、需求，同時還需要眾多與電力系統(tǒng)配套的功率半導(dǎo)體產(chǎn)品，包括充電器、電池管理、逆變器、次逆變器、DC/DC 以及各種接口等。因此汽車電動化給功率半導(dǎo)體帶來了更廣闊的市場空間。圖表 37：汽車電動化需要多種模擬 IC 產(chǎn)品資料來源：TI、 P.21相關(guān)標(biāo)的三安光電：全工藝平臺布局，持續(xù)加碼化合物半導(dǎo)體，III-V 族龍頭正式起航我們認(rèn)為 III-V 族化合物半導(dǎo)體是三安光電下一個十年的核心成長驅(qū)動及跟蹤重點(diǎn)，5G無線通訊基站、智能手機(jī)、WiFi 與光纖等高速數(shù)據(jù)傳輸、汽車/工業(yè)/太陽能等功率芯片，都將對化合物半導(dǎo)體產(chǎn)生強(qiáng)勁的需求。繼此前與華芯投資（集成電路產(chǎn)業(yè)大基金托管人）簽署戰(zhàn)略協(xié)議開展不超過 2

46、5 億美元的合作，擬合資設(shè)立 IIIV 族化合物集成電路發(fā)展專項(xiàng)基金，公司 17 年 12 月再度公告加碼，擬投資總額 333 億元在福建泉州成立項(xiàng)目公司，全部項(xiàng)目五年內(nèi)實(shí)現(xiàn)投產(chǎn)，七年內(nèi)全部項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)達(dá)產(chǎn)，經(jīng)營期限不少于 25 年。產(chǎn)業(yè)化項(xiàng)目包括：高端氮化鎵 LED 襯底、外延、芯片的研發(fā)與制造；高端砷化鎵 LED 外延、芯片的研發(fā)與制造；大功率氮化鎵激光器的研發(fā)與制造；光通訊器件的研發(fā)與制造；射頻、濾波器的研發(fā)與制造；功率型半導(dǎo)體（電力電子）的研發(fā)與制造；特種襯底材料研發(fā)與制造、特種封裝產(chǎn)品應(yīng)用研發(fā)與制造。三安光電作為 LED 芯片國際龍頭，依托 LED 外延、芯片工藝在 III-V 族化合物

47、半導(dǎo)體布局深厚，成立時間、規(guī)模及品質(zhì)均為國內(nèi)領(lǐng)先。333 億元議案再度加碼彰顯公司決心， 未來將立足于-族化合物半導(dǎo)體材料的研發(fā)與應(yīng)用，以砷化鎵、氮化鎵、碳化硅、磷化銦等半導(dǎo)體新材料所涉及到的核心主業(yè)做大做強(qiáng)！由三安光電研發(fā)的-V 族化合物半導(dǎo)體材料的應(yīng)用領(lǐng)域從原有的LED 外延片、芯片，延伸到了光通訊器件、射頻與濾波器、功率型半導(dǎo)體三個新領(lǐng)域，基本涵蓋了今后-V 族化合物半導(dǎo)體材料應(yīng)用的重要領(lǐng)域。這一布局，除了將為三安光電每年在營收上帶來貢獻(xiàn)，進(jìn)一步擴(kuò)大公司體量。目前三安集成全工藝平臺布局，在 HBT、pHEMT、GaN 以及碳化硅領(lǐng)域均進(jìn)行工藝開發(fā)及工藝鑒定試驗(yàn)：圖表 38：三安集成全面布

48、局化合物制造工藝平臺資料來源： 根據(jù)公司官網(wǎng)整理P.22根據(jù)三安集成官網(wǎng) 12 月 19 日正式發(fā)布，三安公布商業(yè)版本的 6 英寸碳化硅晶圓制造流程，宣布完成全部工藝鑒定試驗(yàn)，并將其加入到代工服務(wù)組合中。公司目前生產(chǎn)的碳化硅晶圓，是用于電力電子中電路設(shè)計的最成熟的寬禁帶（WBG）半導(dǎo)體，可以為 650V、 1200V 和更高額定肖特基勢壘二極管（SBD）提供器件結(jié)構(gòu)，不久后會推出針對 900V、1200V 和更高額定肖特基勢壘二極管的碳化硅MOS 場效應(yīng)晶體管工藝（SiC MOSFETs）。CREE：碳化硅基氮化鎵龍頭，Wolfspeed 持續(xù)高增長CREE 成立于 1987 年，1993 年

49、上市，為全球 LED 外延、芯片、封裝、LED 照明解決方案、化合物半導(dǎo)體材料、功率器件和射頻于一體的著名制造商和行業(yè)領(lǐng)先者。CREE 在氮化鎵射頻領(lǐng)域，專利護(hù)城河全球第一。根據(jù)專利研究機(jī)構(gòu) KnowMade 對 3750 項(xiàng)氮化鎵射頻領(lǐng)域?qū)＠难芯?，基于?shù)量與質(zhì)量等多個維度的綜合考量，CREE 毫無疑問為全球第一，尤其在碳化硅基氮化鎵領(lǐng)域。圖表 39：氮化鎵射頻領(lǐng)域?qū)＠麑?shí)力資料來源：knowmade、 P.23公司在2018 年2 月的投資者日提出了未來的發(fā)展規(guī)劃，推動 Wolfspeed 成為增長引擎， 將 LED 聚焦于更加差異化的市場。Wolfspeed 專注于碳化硅與氮化鎵領(lǐng)域，產(chǎn)品包括碳化硅材料、射頻器件、功率器件。下游包括電動車、通訊、工業(yè)、國防、航天航空。圖表 40：CREE 于 2018 年 2 月提出的 5 年轉(zhuǎn)型計劃資料來源：CREE、 Wolfspeed 收入規(guī)模高速增長，毛利率維持高位。2019 財年第二財季，對應(yīng)公歷 18Q4， Wolfspeed 收入同比增長 92，環(huán)比增長 6至 1.35 億美元；不