一文解读化合物半导体产业发展形势及前景
化合物半导体因其在射频电子和电力电子方面的优良性能，以及在5g通信和新能源汽车等新兴市场的应用价值，被认为是半导体行业的重要发展方向。在国内发展集成电路的背景下，化合物半导体受到地方政府和产业资本的热捧。投资“热潮”之下，需要重新思考我国发展化合物半导体的机遇、挑战和路径。
全球化合物半导体产业发展形势
(一)国际龙头企业加速布局
一是并购布局。2014—2016年，全球最大的电力电子器件企业德国英飞凌(infineon)公司为巩固化合物半导体领域优势，2次发起对美国公司的收购，1次成功，1次失败。其中收购ir公司成功，收购cree旗下wolfspeed公司失败，原因是美国政府认为收购危害国家安全。二是市场布局。领先企业陆续推出sic器件产品和电源解决方案。infineon推出了coolsic和coolgan系列产品，cree发布了首个满足车规标准aec-q101的e系列sic mosfet产品，st、rohm、on semi均在高端应用方案中使用sic器件。三是产能布局。infineon、st、cree、rohm等龙头企业陆续开始使用6英寸生产线制造sic器件，提升产能，巩固市场地位。全球最大的gaas制造企业***稳懋公司也开始了新一轮投资扩产计划。
(二)部分产品开始批量应用
化合物半导体最早应用于消费应用市场，包括3g和4g手机的功率放大器(pa)和led照明，技术方向明确，产业格局清晰，市场应用成熟。在行业应用市场，近年来，化合物半导体的产品和方案开始陆续被应用企业采纳，尤其在通信基站和新能源汽车市场开始批量应用。在通信基站市场，日本住友电工公司制造的gan功率放大器已在华为公司新建的基站上批量应用。在新能源汽车市场，st公司的sic功率模组已经应用于特斯拉(tesla)的model 3电动车中。
(三)产业模式出现分工合作
化合物半导体领域的企业多以idm模式为主。在sic电力电子器件领域，wolfspeed公司的业务从sic衬底延伸至sic模组。在gan领域，美国qorvo、日本住友电工、中国苏州能讯等均以idm模式运营。近年来随着产品和市场的多样化，开始呈现设计业与制造业分工的合作模式。尤其在gan电力电子器件市场，由于***的台积电公司和世界先进公司开放了代工产能，美国transphorm、epc、navitas、加拿大gan systems等设计企业开始涌现。2017年，全球前三大的gaas射频器件企业——美国broadcom公司宣布完全剥离gaas制造业务，将业务出售给代工合作伙伴稳懋公司，专注gaas射频器件的设计环节。
我国发展化合物半导体的机遇和优势
(一)“超越摩尔定律”成为发展新动能
由于集成电路制造工艺节点的更新难度越来越大，技术研发费用剧增，50多年来驱动半导体产业高速发展的“摩尔定律”演进速度显著放缓。能够承受先进制造工艺开发和投资费用的企业和客户越来越少，应用场景也集中在高性能计算和通信等有限的领域。然而随着智能化改造和物联网应用的不断推进，万物智能、万物互联为行业发展带来新机遇，“超越摩尔定律”成为发展新动能。由此带来对集成电路特色制造工艺和产品的旺盛需求。近一年来，mcu和mosfet等产品缺货和8英寸生产线产能紧缺印证了这一趋势。化合物半导体由于性能优势，特别适合于制造射频器件、光电子器件、电力电子器件，是“超摩尔”领域的重要发展方向。
(二)中国是全球最大的应用市场
中国是全球最大的移动通信市场，已建成全球最大的4g通信网络，基站数量超过200万，并计划在2019年开始启用5g通信。华为和中兴分别是全球第一大和第四大基站供应商。华为、oppo、小米、vivo是全球前六大的智能手机企业，每年出货量近5亿部。我国是全球最大的新能源汽车市场。2017年，国内新能源汽车产销分别达到79.4万辆77.7万辆，同比增长53.8%和53.3%。比亚迪、北汽、上汽、吉利、蔚来等在新能源汽车领域开始发力，比亚迪和北汽的两款车型包揽了2017年全球新能源汽车销量的前2名。
(三)高校和研究机构具备技术积累
清华大学、北京大学、南京大学、山东大学、西安电子科技大学等高校、中科院和中国电子科技集团下属的研究所在化合物半导体领域已耕耘超过20年，并通过技术转化和合作成立了天科合达、东莞天域、华功半导体、中镓半导体、苏州纳维等企业。随着化合物半导体在5g、物联网、能源、国防军工等领域发展不断加速，人才和技术需求增加，我国科研机构的人才和技术储备优势将愈发显著。
(四)国家和地方产业政策支持
工业和信息化部、国家发展改革委发布的《信息产业发展指南》将“第三代化合物半导体”列为集成电路产业的发展重点。科技部将第三代半导体列入国家重点研发计划“战略性先进电子材料”重点专项。2018年国务院政府工作报告中明确将新能源汽车和第五代移动通信2个化合物半导体最重要的应用市场作为加快制造强国建设的重点。地方政策方面，北京、深圳、成都、厦门、泉州、芜湖等均已发布或正在研究推动化合物半导体产业发展的扶持政策。
国内产业发展面临挑战和困难
(一)国际技术封锁
化合物半导体可用于军用雷达，是有源相控阵雷达的关键元器件，因而受到国际上《瓦森纳安排》的出口管制。中国资本在该领域的国际并购频频被否决，包括收购aixtron、lumileds、gcs等。2018年8月1日，美国商务部公布新增的44家中国出口管制企业名单，限制美国的技术向其出口和转移。名单中的中电科13所和55所是国内技术领先的化合物半导体研究机构。
(二)市场推进困难
集成电路是资源全球配置的产业，在国际政治环境允许的情况下，国内的整机应用企业会优先采购全球领先的化合物半导体供应商的产品，以保持整机产品在全球市场的竞争力。国内的化合物半导体企业面临着在行业市场和消费市场两面碰壁的困难。在行业市场，需要器件企业与整机企业形成长期稳定的合作，共同提升产品的可靠性和稳定性;在消费市场，需要器件企业具备规模产能和出色的成本管理能力。这对于国内的化合物半导体企业来说，不论是技术上还是管理上，任务都非常艰巨。
(三)项目投资盲目
集成电路作为中央政府鼓励支持的产业，受到了地方政府的高度重视。起步早、实力强的重点城市已抢先布局了12英寸代工生产线项目和存储器制造项目，投资规模可达上千亿元。起步晚、实力弱的城市在选择产业发展方向时，大多瞄准了投资规模小、市场前景好、具备“弯道超车”机会的化合物半导体。然而由于这些城市在集成电路产业缺乏专业认识和发展经验，招商引资时信息严重不对称，对化合物半导体的市场定位和发展前景的判断不够准确，扶持政策缺乏可持续性和精准性。尤其是近年来，境外的所谓“科技人才”打着化合物半导体“全面替代硅”的旗号，组建“临时拼凑”的技术团队，怀揣“空手套白狼”的侥幸心理，“游走”国内多个城市，“忽悠”地方政府。
发展路径的三点思考
(一)市场定位：行业市场还是消费市场?化合物半导体有行业市场和消费市场之分。从我国产业目前的发展阶段来看，化合物半导体在基站和汽车等行业市场取得市场突破的机会更大。一方面是因为这些市场均为新兴应用市场，市场格局尚未固化，是中国企业的发展机会。另一方面是国内的研究机构在这一市场所用的gan和sic器件领域有一定的技术积累，与龙头企业的技术差距相对较小。
对于智能手机等消费市场，一方面，gaas器件的产业格局已非常清晰。美国的高通、skyworks、qorvo、broadcom四家企业占据全球智能手机gaas功率放大器市场的90%以上。这4家企业均委托我国***的稳懋和宏捷科2家企业代工生产，合作关系牢固，难以在短期内打破。另一方面，gaas器件制造技术已非常成熟，成本控制非常严格，稳懋在技术水平和生产管理方面的优势非常显著。且随着手机出货量增速放缓，这一市场的增长空间有限。建议我国化合物半导体企业在智能手机市场应结合我国的整机市场优势，关注器件设计环节和vcsel等新兴产品方向。
(二)产业模式：idm还是代工?化合物半导体产业存在着两种发展模式，一是代工模式，以gaas行业最为明显。如上所述，高通等设计企业已经与稳懋等制造企业形成了长期的合作关系。二是idm模式，如gan射频和sic电力电子器件。产品主要面向行业市场，包括基站、高铁、工业电源、新能源汽车等。这些市场的集成电路供应商大多是idm企业，如infineon和德州仪器等。化合物半导体也不例外，如cree、rohm、st等都是idm企业。
可以看出，采用代工还是idm，主要与产品面向的市场有关。若面向智能手机这样的消费市场，产品公司专注设计环节可以更好地对接整机企业需求，代工制造服务公司可以专注提升产品制造技术和发挥规模生产优势，每年14亿部的手机出货量也可以支撑足够的市场和利润空间，供设计企业和制造企业分享。若面向基站和汽车等行业市场，产品偏向定制化，更新换代周期长，产品性能的可靠性和稳定性要求更高，技术难度大。加之市场空间较小，难以有足够的利润空间供设计企业和制造企业分享，采用idm模式更能保证产品性能和利润。
综上所述，建议努力培育具有市场竞争力的idm企业。面向5g通信基站、新能源汽车和工业电源等行业市场，建议培育gan和sic领域的idm龙头企业。在智能手机等消费市场，建议推动国内的设计企业和制造企业深度合作，探索虚拟idm发展模式。
(三)产业需要哪些“助推器”?一是中试研发平台。化合物半导体产业链上下游的协同还不强，需要一个能串联上下游的中试研发平台，定位技术开发-转移扩散-首批次应用，协同牵引上游衬底、外延片、mocvd设备等环节技术能力提升。
二是试用验证平台。国内化合物半导体产业已具备基础的技术积累，正处于应用的前期。此阶段最需要整机企业试用和验证本土器件产品。应发挥政府的组织协调优势，搭建试用验证平台。通过模拟真实应用环境，不断试错、发现和解决问题，提升国内器件企业市场竞争力。
三是耐心型产业基金。相比集成电路项目，化合物半导体的投资量较小，但是产业发展面临的市场风险相比存储器等集成电路更大，需要能承担更大风险的耐心型产业投资基金。
四是投资指导窗口。通过指导窗口，为地方政府对接专业的产业发展咨询机构。在项目投资决策前，地方政府委托中立的咨询机构对产品市场方向、技术团队能力、投资经费等进行评估，在项目落地前解决信息不对称问题，避免不符合地方发展需求和实际情况的项目盲目落地。
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二是试用验证平台。国内化合物半导体产业已具备基础的技术积累，正处于应用的前期。此阶段最需要整机企业试用和验证本土器件产品。应发挥政府的组织协调优势，搭建试用验证平台。通过模拟真实应用环境，不断试错、发现和解决问题，提升国内器件企业市场竞争力。
三是耐心型产业基金。相比集成电路项目，化合物半导体的投资量较小，但是产业发展面临的市场风险相比存储器等集成电路更大，需要能承担更大风险的耐心型产业投资基金。
四是投资指导窗口。通过指导窗口，为地方政府对接专业的产业发展咨询机构。在项目投资决策前，地方政府委托中立的咨询机构对产品市场方向、技术团队能力、投资经费等进行评估，在项目落地前解决信息不对称问题，避免不符合地方发展需求和实际情况的项目盲目落地。
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