中国半导体的三大“潜力股”

作者：畅秋

2022年10月，美国出台最新《出口管制条例》，针对中国大陆半导体产业的限制再升级，此次，主要涉及高性能计算（HPC）处理器，以及先进制程半导体设备。

美国的这一波限制政策，在给中国半导体业“添堵”的同时，也帮助本土相关产业和企业发展进一步坚定了决心，特别是以高性能CPU、GPU为代表的HPC处理器，以及半导体设备。另外，除了以上这两个半导体“成熟”业务板块，发展新兴业务也进一步提上议事日程，因为在新领域，中国与国际半导体巨头之间的差距没那么大，实现相对快速发展并占领市场份额的机会更大，典型代表就是碳化硅（SiC）产业。

下面针对处理器、半导体设备和碳化硅这三大板块，介绍一下中国本土相关产业的发展情况。

01、处理器

首先看一下CPU。

目前，国产CPU与国际大厂存在差距：首先，CPU各项参数（核心数、主频、内存通道等）、性能有较大提升空间，与Intel和AMD相比，国产CPU在先进制程的晶圆加工工艺方面与国际大厂也存在差距，这也会影响整体性能表现；其次，除了自身性能，国产CPU在生态系统建设上也需要时间去积累经验，主要体现在软硬件的适配，以及操作系统对应用程序的兼容等，当下，Wintel和AA两大生态体系分别垄断了PC端和移动端市场，即使是苹果也花了很多时间和资源才实现一些突破。

虽然存在差距，但在科技竞争加剧的背景下，考虑到国家安全，在通信、金融、电子政务等关键领域，中国大陆正在加速推进CPU等核心芯片的国产化替代。

目前，国产CPU代表企业主要包括龙芯中科、华为海思、飞腾、兆芯等。

以龙芯中科为例，公司历经20多年的自主研发，打造出了多款CPU，并推出了自主指令集LoongArch，以及基于该指令集的产品。此外，飞腾在高端嵌入式CPU、高性能服务器 CPU与高效能桌面CPU这三大产品领域，填补了我国多项空白，2020年，飞腾CPU交付量已经大幅提升至150万个，2021年突破200万个。出货量的增加，一方面反映出国产化趋势的加速，另一方面，也说明国产化CPU正在被更多的终端需求接受。

目前，国产CPU在生态建设方面已经有成果，如龙芯中科推出了LoongArch 指令集架构，申威推出了SW64架构等。它们正在国内关键信息领域积累经验，目标是在商业化上实现突围。此外，飞腾CPU一直加速软件适配，打造的生态体系已经与百度、搜狗、腾讯等多家互联网和系统厂商合作，截至2021年12月，与飞腾平台完成兼容认证的国产软件已有2000 多款。

下面看一下GPU。

英伟达等国际GPU龙头企业已经牢牢构建了专利墙，中国厂商在开发过程中，绕开现有专利具备一定难度。不过，就像龙芯经过多年潜心研究，将MIPS吃透，进而开发出属于自己的指令集和芯片一样，只要具备坐十年冷板凳的决心和毅力，开发出自主可控的GPU，是值得期待的。

景嘉微是国内老牌GPU企业，率先研制出了自主GPU并已实现大规模工程应用，以JM5、JM7、JM9系列等GPU为代表，正在从商用向民用市场拓展。除了景嘉微，海光的DCU系列以GPGPU架构为基础，兼容ROCm和CUDA生态系统，可应用于大数据处理、人工智能（AI）等领域。

近些年，市场涌现出了一批国产GPU新生力量，代表企业是芯动科技、壁仞科技、摩尔线程、沐曦集成电路、天数智芯等。

以芯动科技为例，该公司推出的桌面级GPU“风华2号”，集超低功耗、强渲染、4K高清三屏显示、4K视频解码和智能AI计算于一体，像素填充率达48G Pixel/s，FP32浮点算力为 1.5TFLOPS，功耗最低至4W，能效比优于竞品。摩尔线程则推出了MTT S60，像素填充率高达192G Pixel/s，FP32最高达6TFLOPS，并且是全球率先支持 AV1 格式编码加速的GPU。

在云端GPGPU方面，天数智芯是在最近几年异军突起的本土企业，2021年，该公司推出了7nm制程全自研云端训练GPGPU“天垓100”，并于2022年发布了7nm云端推理GPGPU“智铠100”，能够为云端AI训练和HPC通用计算提供高算力和高能效比。

其它几家企业也在近两三年内推出了用于数据中心和AI的GPU，如壁仞科技的BR100，摩尔线程的MTT S2000，沐曦集成电路的MXC系列。

总体来看，随着中国大数据和AI产业快速崛起，市场规模不断扩大，为国产GPU发展提供了广阔空间。同时，随着高端芯片国产化需求的日益提升，中国本土GPU企业也将迎来发展良机。

02、半导体设备

2022年，全球半导体产业一路下行，2023年还将进一步下滑，在这种情况下，中国大陆晶圆厂产能的扩产势头依然很猛，在行业不景气的大背景下，中国大陆成为全球晶圆厂扩产重心的步伐在加速。

据SEMI统计，2021年中国大陆晶圆产能的全球占比为16%，2021-2022年全球新增晶圆厂约为29座，其中，中国大陆新增9 座，占比超过30%，2021年中国大陆12英寸晶圆产能提升空间为46.8万片/月，2022年达到52.3万片/月，新增产能持续提升，预计2026年12英寸晶圆厂月产能将超过276.3万片。

近些年，在国际贸易环境发生重大变化的情况下，中国大陆本土晶圆厂逐步将发展战略从“提升产品良率和产量”向“供应链安全”倾斜，这些晶圆厂的扩产，为本土产业链发展，特别是上游的半导体设备和材料提供了良好的土壤，在一定程度上抵消了大环境的低迷，有效带动了本土厂商的技术突破和业绩提升。

包括中芯国际、长存在内的6家大型晶圆厂的半导体设备国产化率从2018年的平均10%上升到了2021年的30%左右。据中国电子专用设备工业协会统计，2021年本土晶圆厂半导体设备国产化率达到20.24%。

目前，中国本土半导体厂商在前道和后道设备领域都在加速突破。

前道设备方面，热处理、清洗、刻蚀、去胶、CMP等领域市占率较高，在20%左右或更高。以CMP为例，华海清科已经实现12英寸28nm以上逻辑制程、128层以下3D NAND、1X/1Y制程DRAM全覆盖，14nm及更先进制程设备已在验证过程中；刻蚀设备方面，中微公司已经实现5nm制程的CCP设备量产，北方华创的14nm ICP设备也已进入中芯国际产线进行验证。

薄膜沉积、离子注入设备等领域市占率还比较低，但近年来也有了较大突破，例如，拓荆科技的28nm以上制程PECVD在国内产线获得了订单，SACVD和ALD设备也取得了订单，是个不小的突破。凯世通的多款离子注入设备获得了客户的重复采购订单。

后道设备方面，以测试设备为例，华峰测控、长川科技、华兴源创实现了较大突破，其中，长川科技的数字测试机D9000集成了1024个数字通道、数字测试速率达到200MHz，并实现量产。

03、碳化硅

传统硅基半导体物理性能局限性越来越明显，以碳化硅为代表的第三代半导体材料具有禁带宽度大、热导率高、耐高温、耐高压、功率密度大等优点，在高频、高压、高温等应用场景中，碳化硅材料能够提升能效并缩小器件体积。

碳化硅产业链主要分为衬底、外延片、器件三个板块。

国际碳化硅大厂主要包括Wolfspeed、罗姆、ST、II-VI（更名为Coherent）、安森美等。中国本土碳化硅厂商主要包括三安光电、泰科天润、基本半导体、闻泰科技。国内厂商起步较晚，往往依托某项技术突破，从特定领域切入碳化硅产业链，仅专注于产业链特定部分，如天岳先进、天科合达专注于衬底，东莞天域、瀚天天成专注于外延，士兰微、华润微专注于器件。

衬底方面，Wolfspeed是行业龙头，另外，II-VI、昭和电工、罗姆也是佼佼者。在中国大陆，很多本土碳化硅衬底企业都是在产研合作的基础上发展起来的，科研院所及代表人物带来的先进研发能力和前沿技术水平成为公司发展的重要推动力，这方面的代表企业是天科合达、天岳先进、露笑科技。

据Yole统计，2020年天岳先进占全球半绝缘型碳化硅衬底市场份额的30%，是全球第三大供应商。天岳先进积极布局导电型市场，2022年获客户14亿元6英寸导电型衬底大单，还在积极推动8英寸衬底商业化生产研究工作，在上海建有工厂和产线。

外延片方面，Wolfspeed与昭和电工是两大巨头，中国本土企业东莞天域与瀚天天成正在布局碳化硅外延片产能，相关产线处在建设过程中。东莞天域计划购置94.7亩用地建设全球首条8英寸碳化硅外延片生产线，新增产能达100万片/年（6英寸/8英寸碳化硅外延片），项目2022年动工，预计2025年竣工并投产。

碳化硅器件方面，随着新能源车、光伏、储能等应用需求提升，以士兰微、斯达半导体、华润微、三安光电为代表的中国本土厂商持续布局碳化硅器件产线。

三安光电于2021年斥资160亿元打造了包括碳化硅长晶、芯片和器件封装等相关配套设施的国内首条碳化硅全产业链生产线，2022年9月发布碳化硅MOSFET 1200V系列新品，主要应用于车载充电OBC/直流快充、电机驱动/逆变器、DC-DC，其击穿电压、稳定性等指标均优于竞争对手。

斯达半导体正在开发用于机车牵引辅助供电系统、新能源汽车控制器的碳化硅模块，用于乘用车主控制器的车规级碳化硅MOSFET模块已经开始大批量装车。斯达半导体新增了多个使用车规级碳化硅MOSFET模块的800V系统主电机控制器项目，预计将对该公司2024-2030年主控制器用车规级碳化硅MOSFET模块销售增长提供推动力。

截至2022上半年，华润微第二代碳化硅二极管1200V/650V平台已产出30多款产品，在充电桩、光伏逆变、工业电源等领域实现批量供货。2022上半年，华润微碳化硅器件总销售规模同比增长超过4倍，待交订单超过1000万元。