在過去的兩年里，全球范圍內的芯片短缺令所有人措手不及，其中最受影響的就是汽車芯片，導致各大汽車廠商陷入“停產(chǎn)待芯”的境地，紛紛放出了減產(chǎn)的消息。而近期，消費電子類的芯片需求大幅降低，出現(xiàn)減產(chǎn)砍單的現(xiàn)象，各大芯片廠商也將產(chǎn)能偏移向了更熱門的汽車芯片。


全球功率器件市場規(guī)模及競爭格局預測分析

據(jù)預計，全球功率半導體市場規(guī)模由2017年的441億美元增長至2019年的464億美元。2022年全球功率半導體市場規(guī)模將達481億美元。

在功率半導體領域，國際廠商優(yōu)勢明顯，全球前十大功率半導體公司均為海外廠商，競爭格局相對集中。據(jù)IHS Markit預計，英飛凌、安森美、意法為行業(yè)前三名參與者，市場份額分別占比19.0%、9.0%、5.3%，行業(yè)CR3為33.3%，CR5為42.9%。

上述提到了全球功率器件三千億賽道（481億美元），那接下來就讓我們看看中國的市場規(guī)模發(fā)展如何。據(jù)統(tǒng)計，2021年中國功率器件市場規(guī)模約為711億元，預計2025年市場規(guī)模將增長至1102億元。

新能源汽車是功率器件增量需求主要來源

作為電能轉化和電路控制的核心器件，功率器件下游應用十分廣泛，包括新能源（風電、光伏、儲能和電動汽車）、消費電子、智能電網(wǎng)、軌道交通等，根據(jù)每個細分領域性能要求的不同（頻率、電壓、損耗），選擇不同的功率器件。

按照下游應用劃分，汽車領域占比達40%，其次是工業(yè)占比27%，消費電子占13%，其他領域（如通訊、計算機等領域）占20%，功率器件在汽車和工業(yè)領域應用較多，需求穩(wěn)定性也較強，消費領域應用相對較少。

據(jù)數(shù)據(jù)，2021年全球功率半導體器件市場大約175億美元，2026年將增長至262億美元，復合增速達到6.9%。其中，增量較大的主要是IGBT模塊、SiC模塊、MOSFET和GaN產(chǎn)品。

其中，硅基MOS市場規(guī)模將從2021年的75億美元增長至2026年的94億美元，復合增速為3.8%，IGBT市場規(guī)模將從54億美元增長至2026年的84億美元，復合增速為7.5%，SiC模塊市場規(guī)模從2020年的5億美元以下增長至2026年的20億美元以上，而硅基MOS、IGBT和SiC模塊主要增長的下游驅動均來自于電動車和工業(yè)（主要是光伏、風電和儲能）領域。

低端產(chǎn)品已實現(xiàn)部分國產(chǎn)替代，高端分立器件國產(chǎn)化空間廣闊。對國內市場而言，功率二極管、功率三極管、晶閘管、中低壓MOSFET等分立器件產(chǎn)品部分已實現(xiàn)國產(chǎn)化，而功率MOSFET特別是高壓超級結MOSFET、IGBT等高端分立器件產(chǎn)品由于其技術及工藝的復雜度，還較大程度上依賴進口，國產(chǎn)化率低，未來進口替代空間巨大。


MOSFET短時間不會被GaN/SiC替代

在德國慕尼黑舉辦的歐洲最大的電子展electronica 2022上，美國EE Times的Maurizio Di Paolo Emilio先生主持了圓桌討論，功率半導體廠商高管討論當前和未來的挑戰(zhàn)/圍繞 GaN/SiC 功率晶體管的機會。我們特別關注它的生產(chǎn)和流行。

雖然討論相當強調 GaN/SiC 功率晶體管的優(yōu)勢，但也明確表示硅 MOSFET 不會很快消失。盡管 GaN 晶體管的制造成本已經(jīng)達到與 MOSFET 相似或更低的水平，但要趕上產(chǎn)量還需要數(shù)十年的時間。

Navitas Semiconductor 企業(yè)營銷和 IR 副總裁 Stephen Oliver 表示：“第一次功率革命發(fā)生在雙極晶體管變成 MOSFET 時，我們現(xiàn)在正處于第二次革命的中間。有了 GaN/SiC，硅即將消失，為了攻克集成化、高壓等前沿技術，我們應該朝著GaN/SiC的專攻方向發(fā)展。”

很明顯，這兩種化合物最終將取代硅 MOSFET 和雙極晶體管。問題是什么時候可以實現(xiàn)，會產(chǎn)生什么樣的成本？

Efficient Power Conversion (EPC) 首席執(zhí)行官 Alex Lidow 表示，“目前的遺留應用在未來 10 到 15 年或更長時間內將繼續(xù)使用硅 MOSFET。MOSFET 將繼續(xù)增長。預計 GaN 功率晶體管的低迷不僅在速率上，也在茶涼增長上，但價格會像雙極型晶體管一樣繼續(xù)上漲，這是長期周期的一個方面。它比 MOSFET 更便宜。”

業(yè)界預計 GaN/SiC 組合功率晶體管將在 2030 年達到 MOSFET 的市場價值。

Infineon Technologies 高級負責人 Gerald Deboy 表示：“目前硅占整個市場的 95%。當然 SiC/GaN 的增長速度非常快。我們是 SiC等各種技術都需要得到保障，以便走在設計的前沿，提供 GaN 和 GaN 之間的高度差異化，而硅填補了這些空白，至少在未來十年內所有技術都將共存。如果你看看 SiC 的增長/GaN，GaN 的增長速度比 SiC 快得多，盡管 GaN 略微落后于 SiC。機會正在擴大。”

Wolfspeed 功率產(chǎn)品高級總監(jiān) Guy Moxey 表示，到 2021 年，硅 MOSFET 分立模塊的功率半導體市場規(guī)模將達到 280 億美元，而 SiC 約為 20 億美元，GaN 約為 10 億美元。但到2030年，預計還需要幾個設計周期，SiC市場規(guī)模將在200億美元左右，GaN市場規(guī)模將超過5-60億美元，有望達到各自的規(guī)模。

據(jù)小組成員稱，到 2023 年，對于某些低壓應用，GaN 的價格將與 MOSFET 持平。在價格方面，例如，在 65W USB PD（電力輸送）充電的情況下，GaN 和硅系統(tǒng)預計在 2023 年上半年具有可比的系統(tǒng)價格。同時，它們的要小三分之一，它更小更輕，為移動計算行業(yè)提供了強大的價值主張。

GaN 技術是低電壓應用的理想選擇，但對于結合使用這兩種技術的汽車應用，可靠性仍面臨挑戰(zhàn)。

Power Integrations 市場營銷和應用工程副總裁 Doug Bailey 說：“GaN 面臨的主要問題是它的速度超快，需要放慢速度，需要限制寄生電感。我們正在采取一項戰(zhàn)略來集成 GaN 和 SiC。”


新賽道來臨，國產(chǎn)廠商迎來換道超車

與此同時，隨著5G、光伏、儲能、新能源汽車等新興應用場景的拓展，功率半導體市場進入井噴時期，迎來了全新的競爭賽道。

一是“工業(yè)和汽車”兩大原有應用領域的增量市場。隨著《中國制造2025》和“工業(yè)4.0”的不斷推進，以及新能源汽車全球普及加速，這兩類原有市場開辟出新的增量空間。

以新能源汽車為例，由于動力來源的改變，汽車對電力轉換與控制要求提升，促使功率半導體成為車輛的重要部件。根據(jù)麥肯錫統(tǒng)計，純電動汽車的半導體成本為704美元，比傳統(tǒng)汽車350美元高出近1倍，其中功率半導體的成本為387美元，占總成本的55%。

具體到細分領域上，增量賽道有硅基IGBT、硅基MOSFET、硅基電池管理系統(tǒng)以及碳化硅MOSFET等等。

其中，碳化硅功率器件憑借材料的優(yōu)越特性，正逐漸成為主要的進步發(fā)展方向。瑞能半導體CEO Markus Mosen就曾指出，碳化硅MOSFET憑借更高的逆變器效率、更小的系統(tǒng)尺寸、更低的系統(tǒng)成本，有望對傳統(tǒng)的硅基器件加速替代。

二是光伏、儲能、5G等新興終端市場中所蘊藏的全新機遇。

光伏方面，隨著光伏產(chǎn)業(yè)鏈的景氣度持續(xù)升溫，全球光伏裝機容量保持高速增長態(tài)勢，這進一步拉動了光伏逆變器（光伏發(fā)電設備的核心組部件）的產(chǎn)量提升。而作為光伏逆變器的核心零部件，光伏IGBT賽道也因此煥發(fā)新機。

與光伏逆變器相類似，受益于儲能產(chǎn)業(yè)帶來的二次增長，儲能逆變器以及其中的功率半導體也迎來了“春天”。具體賽道上，從工信部今年8月發(fā)布的《關于推動能源電子產(chǎn)業(yè)發(fā)展的指導意見(征求意見稿)》中可窺見一斑：

5G時代下，5G通信基站和數(shù)據(jù)中心等設備進入大規(guī)模建設期，通信設備需求端增長的同時，設備的全天候供電需求、以及Massive MIMO技術所帶來的功耗增加，也進一步推動著功率半導體市場。

這些全新的賽道，既是初創(chuàng)芯企追趕壯大的機會，也是成規(guī)模芯企加強布局、拓展市場的好時機，更是國產(chǎn)廠商換道超車的新機遇。

在市場格局上，與處理器、存儲芯片等領域相比，功率半導體市場競爭格局相對分散，暫未存在絕對壟斷的情況。這意味著，國產(chǎn)廠商的換道超車，不再是難以實現(xiàn)的口號與幻想。

此外，功率半導體不依賴于先進制程，對先進高端設備要求不高，但對特色工藝、產(chǎn)業(yè)鏈配套要求較高。而中國功率半導體行業(yè)較全球先進水平差距較小，具備應用場景豐富、產(chǎn)業(yè)鏈配套完善、工程師紅利等全球比較優(yōu)勢。這些優(yōu)勢疊加國內龐大的內需市場，我們有望借此沖擊海外巨頭的壟斷地位。

當然，要真正實現(xiàn)這一目標，國內廠商還得不斷加強技術研發(fā)，如瑞能半導體一般積極拓展平臺產(chǎn)品、建設豐富多元的產(chǎn)品組合，以滿足市場的需求變化。唯有如此，我們才能在新發(fā)展格局中搶占先機，引領中國半導體產(chǎn)業(yè)補齊技術與市場的差距，實現(xiàn)快速崛起！