歷史進程中的功率半導體

2001年，中國頭號芯片自主化工程的執(zhí)行者，華虹半導體，撞上了一堵高墻。

在1990年代末期，摩爾定律加速，全球范圍內(nèi)的芯片產(chǎn)業(yè)角逐激烈，韓國的三星與海力士后來居上，擊敗日本和美國，在DRAM存儲芯片的競爭中拔得頭籌，成為半導體牌桌上的重磅玩家。

受到韓國超車成功的啟發(fā)，中央也投數(shù)十億元成立華虹，試圖用一個國家工程加上和日本的合作，一起打一個漂亮仗讓中國回到半導體的主牌桌。

不趕巧的是，等到華虹投產(chǎn)兩年后，DRAM存儲芯片忽然行情急轉(zhuǎn)直下，單價跌了足足九成，本來包銷相當產(chǎn)能的日本合資方自顧不暇，剛投好的產(chǎn)線，立刻就產(chǎn)生了了十四億元的巨額虧損。

出師不利，該怎么辦？

華虹的核心問題，在于追趕力有不逮，需求青黃不接。華虹與日方在1997年簽訂合同，引進的是130nm工藝制程的芯片產(chǎn)線，放到四五年后，已經(jīng)嚴重落后于主流。在日方DRAM訂單萎靡之際，為填滿產(chǎn)能的巨大鴻溝，官方先后安排了關(guān)涉國計民生的身份證與SIM卡芯片?？沙苏?guī)劃圈定的產(chǎn)品，要真正提振華虹的競爭力，還需要一些高度市場化的產(chǎn)品。

此時，功率半導體進入了華虹的視線。

功率半導體，又稱為電力電子器件，泛指處理電力的芯片。其主要功能，是將繁雜不一的電力，處理為終端產(chǎn)品所需的規(guī)格，比如電流從電動車的電池輸出后，通過不同的功率芯片處理，既可以驅(qū)動電機，又可以驅(qū)動空調(diào)和音響。

正如一位廚藝得當?shù)膸煾?，將食材呈現(xiàn)為不同地域風味，以迎合不同食客的需求。

自從1956年貝爾實驗室發(fā)明晶閘管，功率半導體沿著一條清晰的脈絡(luò)往下發(fā)展，格局較為穩(wěn)固。

常見功率半導體，來源：東興證券

在技術(shù)趨勢上，能夠承受和控制的電力逐級復雜，品類從BJT、GTO發(fā)展到MOSFET、IGBT，電路結(jié)構(gòu)的連續(xù)性強。

在工藝制程上，發(fā)展沒有數(shù)字芯片那樣的跳躍性，進步較為緩慢，微米級別的設(shè)備也可勝任。

在市場結(jié)構(gòu)上，競爭的著力點主要在人的工藝經(jīng)驗（know-how）與設(shè)備的有機結(jié)合，也就是“人機結(jié)合”。因此，德、日、美等老牌廠商牢固的占據(jù)著市場的大部分份額。

總而言之，這是一個能夠“滾雪球”的賽道，只要持續(xù)精進，便可占據(jù)一席之地。

對華虹來說，功率半導體是擺脫指數(shù)級投入和虧損的一個絕佳選擇：只需維持當前的工藝制程，先期引入日美合資方的經(jīng)驗，即可沿著階梯狀的技術(shù)路線漸進發(fā)展。

于是，在2002年，華虹做出了進軍功率半導體的決定。

這個選擇是正確的。過去的二十年，受華虹轉(zhuǎn)型的影響，功率半導體產(chǎn)業(yè)在長三角生根發(fā)芽，從上游到下游無不受益：

首先是代工廠華虹，連續(xù)四十個季度盈利，在無錫新建的12英寸晶圓廠產(chǎn)能加速爬升，加緊對于國際大廠的追逐。

其次是那些背靠華虹發(fā)展起來的設(shè)計廠商，自科創(chuàng)板設(shè)立以來，主營IGBT的斯達半導、主營MOSFET的新潔能，在功率半導體品類上擴張兇猛。

最后是下游的工控與新能源廠商，在各類芯片短缺的當下，華虹和國內(nèi)設(shè)計廠商合力推進國產(chǎn)化替代，提供了更為經(jīng)濟實用的選擇。

更為重要的是，功率半導體產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，為中國芯片在當下直道加速，提供了一個選擇：第三代半導體。有關(guān)媒體報道的那則辦公室主任領(lǐng)銜“芯片對抗”計劃的新聞，道出了國家工程之間的歷史巧合與命運相連。

那么，長三角的功率半導體是如何發(fā)展起來的？本文嘗試將其拆分為三個階段：

2002～2011年，地利：功率半導體的市場與技術(shù)雙循環(huán)；

2011～2019年，人和：“908派”、海歸派與華虹的分工搭檔；

2019年～，天時：資本、市場與分工的連鎖反應(yīng)。

華虹在2002年選擇功率半導體賽道，恰巧站在了一個歷史性的轉(zhuǎn)折點：

需求猛增：中國加入世貿(mào)組織，導致江浙滬對于功率半導體的需求大為增加。作為改革開放后最先發(fā)展起來的工業(yè)化地區(qū)，江浙滬最先享受了出口迅猛增加的貿(mào)易紅利。只要有工廠的地方，就存在對于電機的需求，也就存在對于功率半導體的需求。

產(chǎn)業(yè)集聚：來自美、日、歐的電機與功率半導體企業(yè)，受各地工業(yè)園區(qū)的政策吸引紛紛落地，由此在長三角形成一個聯(lián)絡(luò)緊密的產(chǎn)業(yè)集群。英飛凌、仙童等外商紛紛在上海、無錫等地設(shè)立研發(fā)中心，功率半導體的下游應(yīng)用和研發(fā)環(huán)節(jié)緊密結(jié)合，行業(yè)know-how在區(qū)域間加速流轉(zhuǎn)。

人才基礎(chǔ)：908、909前后兩大國家工程，為長三角的芯片產(chǎn)業(yè)培養(yǎng)了大量人才，其中很多人被派遣或主動出國學習，在學習了先進的技術(shù)理論經(jīng)驗后又回到長三角。世紀之交的新加坡特許半導體，是當時中國芯片人才的培訓地和聚集地。新加坡政府為吸引優(yōu)秀的青年，專門在蘇州工業(yè)園等地設(shè)點招聘，并給予人均1500～2000美元左右的安家費。

三個條件作用之下，華虹成為全球第一個8英寸功率半導體代工廠，并在十年間逐漸建立起了工藝平臺。沿著功率半導體的產(chǎn)品路線圖，先是推出中低壓MOSFET，然后是中高壓IGBT，芯片耐壓升高，電路結(jié)構(gòu)復雜化，良率也逐漸增加，日臻成熟。

2011年，華虹基本奠定了功率半導體代工的優(yōu)勢地位。當年，功率半導體中的分立器件出貨累計超過200萬片8英寸晶圓，居全球首位。同時，華虹的1200V高壓IGBT產(chǎn)品成功量產(chǎn)。在兩類應(yīng)用范圍最廣的功率半導體，華虹建立起完整、成熟、優(yōu)質(zhì)的代工產(chǎn)能。

2011年是華虹發(fā)展歷史上的一個關(guān)鍵節(jié)點

接下來，圍繞功率半導體的國產(chǎn)化替代，兩派人馬先后與華虹的產(chǎn)能結(jié)合，形成了今天長三角的產(chǎn)業(yè)格局。

長三角的功率半導體人才，基本可分為兩派：

一派是以華潤微為代表的“908派”。早在1989年，中央設(shè)立華晶公司承擔芯片攻關(guān)任務(wù)，當時專門從永川24所引進人才，開始著手研究功率半導體中的MOSFET[1]。后來華晶因承接“908”工程背上沉重的負債，繼而轉(zhuǎn)為華潤微。不同于專注于功率半導體代工的華虹，華潤微主營設(shè)計制造封測一體的IDM。

長時間的經(jīng)營中，華潤微培養(yǎng)了大量人才。承接國家工程是一個高強度技術(shù)學習的過程，眾多年輕的工程師被派到國外學習功率半導體的設(shè)計和制造。受民間經(jīng)濟的吸引，許多人才下海創(chuàng)業(yè)。

新潔能的創(chuàng)始人朱袁正，便是其中的一個典型。他早在1988年進入華晶，然后被分配到新成立的MOS廠，其后留學新加坡、在外商工作、又回到華潤微研發(fā)IGBT，在吸收了國外和本土的充足經(jīng)驗后，于2009年下海創(chuàng)業(yè)，在江蘇封測巨頭長電的支持下成立了新潔能。

另一派是海歸派。這一派大多為曾在海外功率半導體大廠工作的人才，如德國的英飛凌、美國的國際整流器公司、日本的瑞薩等。他們在國外工作多年后，掌握了功率半導體的核心知識和經(jīng)驗，回到長三角創(chuàng)業(yè)。

斯達半導的創(chuàng)始人沈華是這一派的典型。他博士畢業(yè)后，先后工作于英飛凌和國際整流器公司，2005年回國創(chuàng)立斯達，瞄準彼時尚屬空白的IGBT功率半導體市場。

無論是本土的“908派”，還是海歸派，當他們積累了充足的技術(shù)經(jīng)驗下海創(chuàng)業(yè)，在功率半導體產(chǎn)業(yè)的首選，都是先做一個純設(shè)計廠商。功率半導體的設(shè)計對于先進的EDA工具和IP依賴沒有數(shù)字芯片那樣嚴重，主要依靠“老師傅”的經(jīng)驗，因而純設(shè)計正好可充分發(fā)揮創(chuàng)業(yè)者的優(yōu)勢。

在沒有功率半導體代工廠之前，擁有設(shè)計能力的人只能依附于IDM。華虹形成的代工能力，恰當其時為這些創(chuàng)業(yè)者提供了一個很好的選擇。因其有三點優(yōu)勢：

分工深化：華虹形成了數(shù)個通用的工藝平臺，如此，設(shè)計廠得以在設(shè)計環(huán)節(jié)精進，專注于對于下游市場的研究，而華虹的工藝平臺經(jīng)過多個設(shè)計廠的歷練，可靠性也逐漸增強。

供應(yīng)鏈配合緊密：華虹四個廠分處于上海和無錫，與江浙滬的設(shè)計廠空間距離很近，供應(yīng)鏈協(xié)調(diào)便利，出了什么問題，可以很快處理，地處無錫的新潔能，與華虹12英寸廠只有三個紅綠燈的距離。

長三角成為中國芯片熱土，來源：前瞻產(chǎn)業(yè)研究院

聯(lián)合研發(fā)：也因為距離很近，設(shè)計廠與代工廠之間聯(lián)合研發(fā)，較容易同步思路。

2010年后，在制造業(yè)經(jīng)營困難，力求降低成本的大背景下，關(guān)鍵元件的國產(chǎn)化替代悄然展開。憑借上述的三個優(yōu)勢，華虹與“908派”和海歸派合兵一處，功率半導體領(lǐng)域的國產(chǎn)化率逐漸提高。同時，華虹從中賺取到足夠的利潤，得以有能力在2018年開建12英寸晶圓制造廠，在完成功率半導體的品類覆蓋后，開始了工藝制程的追逐。

到2019年科創(chuàng)板設(shè)立，長三角的功率半導體產(chǎn)業(yè)又迎來一輪新的發(fā)展機遇。資本開始大規(guī)模涌入芯片產(chǎn)業(yè)，為那些實力較弱的功率半導體設(shè)計廠進入新市場提供了充足的彈****。

同一時間，中國迅猛發(fā)展的新能源汽車產(chǎn)業(yè)，也為本土的功率半導體廠商提供了充足的下游需求：

認證時間縮短：汽車芯片大短缺，讓本土車商意識到了供應(yīng)鏈安全的問題，以往的認證流程大幅縮短了不必要的等待時間，國產(chǎn)功率半導體廠商獲得了更多更快的認證機會。

單車功率半導體品類增加：汽車由內(nèi)燃機驅(qū)動轉(zhuǎn)為電驅(qū)動，裝載的功率半導體數(shù)量、品類和價值大幅增加，占總的半導體成本比例由20%升至超過一半，車載充電器、車載空調(diào)、充電樁和電機控制器對于功率密度和產(chǎn)品規(guī)格的要求逐漸提升，為廠商提供不同層次的機會。

功率半導體在新能源汽車中的應(yīng)用，來源：國金證券

車型升級帶動價值上升：隨著中國的造車新勢力在高檔位電動車據(jù)有一席之地，車型升級帶來了車內(nèi)功率半導體的“消費升級”，比亞迪的漢EV和蔚來的ET 7都用上了性能強勁的碳化硅功率模塊，為的是追平、甚至趕上特斯拉的百公里加速體驗，本土車商在產(chǎn)品規(guī)格上的積極嘗試，將為廠商提供提供更多想象空間。

毫不夸張的說，功率半導體對于新能源汽車的意義，不亞于電池，也正是因為其重要性，在全球晶圓制造產(chǎn)能緊缺的市況下，功率半導體的供應(yīng)鏈安全，正在成為設(shè)計廠嚴肅思考的問題。

為保證產(chǎn)能供應(yīng)，設(shè)計廠采取了三個措施：

一是加強與華虹的合作，斯達與華虹在12英寸上的IGBT達成了戰(zhàn)略合作；

二是在華虹之外再找供應(yīng)商，新潔能對于華虹的代工采購比例逐年降低，增加海外廠商作為二供，以減少供應(yīng)鏈風險；

三是直接建工廠，斯達是設(shè)計廠中轉(zhuǎn)型最為激進的，于今年初募資20億元購買光刻、顯影、蝕刻等設(shè)備蓋廠，設(shè)計產(chǎn)能36萬片功率半導體，用于高壓特色工藝和碳化硅。

這標志著，長三角功率半導體的新生代羽翼漸豐，開始運用資本市場的力量，從純設(shè)計廠變?yōu)镮DM，以打群架的方式向全球功率半導體巨頭發(fā)起沖擊。同時，提攜了眾多設(shè)計廠的華虹面臨挑戰(zhàn)，被逼著往上提升，做更多的差異化布局。

當下，芯片產(chǎn)業(yè)的國產(chǎn)化替代早已是深植在人們心中的一個信念，也是一個不爭的正在發(fā)生的事實。

可以說，發(fā)展到今天，中國芯片產(chǎn)業(yè)中的“投降派”，或者說“造不如買”的拿來主義，已經(jīng)失去了根據(jù)地。分布在電子產(chǎn)業(yè)上中下游的群眾力量，在中美摩擦下早已認清了殘酷的現(xiàn)實，認清了方向。

但是，現(xiàn)在又有一派很危險的論調(diào)，主張“速勝論”，國產(chǎn)化替代似乎指日可待，到處放衛(wèi)星，這是極不可取的。

從華虹的案例，我們可以總結(jié)出一個規(guī)律，中國芯片產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，搞依靠式的發(fā)展是沒有自主性的，也自然沒有希望。但要自主發(fā)展起來，就必然是一場“持久戰(zhàn)”。要搞贏持久戰(zhàn)，就要根植于中國的市場土壤，把朋友搞得多多的，最終以群眾路線取得戰(zhàn)略性優(yōu)勢，也就有能力與海外廠商分庭抗禮。

同時，華虹的案例也告訴我們，產(chǎn)業(yè)的發(fā)展節(jié)奏與人才的成長周期是相互配合的，不管產(chǎn)業(yè)發(fā)展的怎么樣，人才不能斷檔。雖然“908”、“909”國家工程一度經(jīng)營慘淡，先后從先進制程的追逐賽中退下，但兩者為長三角地區(qū)培育了功率半導體的人才和舞臺，在大國角逐的當下，為中國芯片產(chǎn)業(yè)的直道加速提供了又一個選項。

因此，國產(chǎn)化的進程，更多的在于觀察人才和平臺的培育和發(fā)展，而不是工藝的日程表。

畢竟，存地失人，人地皆失，存人失地，人地皆存。