绿能芯创CEO廖奇泊：第三代半导体芯片的历史、机遇与挑战

绿能芯创CEO廖奇泊在“未名创星论坛第四期——中国芯，强国梦”活动中发表演讲，以下为演讲内容，已经作者确认，略有删减：

绿能芯创CEO廖奇泊

三代半导体的不同应用

刚才有人问我说是不是碳化硅出来以后，硅基产品就没有用了？是不是氮化镓出来以后碳化硅基产品就没有用了？其实它们根据不同特性分别占据了不同的领域。大家可以看这张图横坐标越往右边的表示你的电压越大，纵坐标越往上面的表示你的频率越高。

我们看到氮化镓它的优势是在高频，所以在通讯里面，包含军工、5G的使用，氮化镓占了极大的优势。可是当今天你的电压超过650伏，氮化镓毕竟它是III-V族，是异相的结合，所以它有一个物理无法突破的问题。因此一般氮化镓主要优势是在电压650伏以下，其实对一般通讯来讲也够了。而碳化硅它的优势是在大电压、大电流、大功率。所以包含未来汽车的使用，高铁的使用，电网的使用，工业的使用，这些是它最优势的地方。如果是白色家电在电压200伏以下的部分，成本比较敏感的，我们就不要拿碳化硅来做了。

第三代半导体产业特点

半导体产业的差别在哪里？半导体产业的分工呢？你可以看到，逻辑大部分它是代工厂外加设计公司，而IDM公司相对比较少。可是你看一下右手边碳化硅这种电力电子的功率产品，它主要除了IDM以外，还另外需要一个系统的集成。所以我特别想提到，它并不仅仅是一个设计，是工艺+材料，还是一个很重要的材料学、物理学跟化学，因为最后讨论到的是能阶、PN junction，所以大家必须回到大学把念的组件固态物理再拿出来念一遍，真的会用到。到最后当然设备和制程的设计，这是非常重要的。

因为这个的差异，所以人才的栽培其实也是不一样的，通常逻辑会有所谓的IP公司帮你都设计好了，其实大部分都是拼拼图一样，把这些IP拼起来，所以这种设计人才的培育大概两三年。

如果是功率半导体，分离器件你必须把物理、能阶都搞清楚，你才会设计出真正好的东西。为什么这么说呢？逻辑芯片你可以想象它是一个二维的，所以都是读写是平面的，左边进去右边出来，这个读写用gate打开来完成。可是功率半导体它是三维的，它的开启是上面进来，下面出去，它是三维的一个设计，所以这两个是有很大的差别。

所以，通常我们在做功率半导体，没有做超过十年都不好意思说自己曾经做过，自己会做。这是很大的差异，我做了二十几年我才敢说应该会吧。我想这里面的一些工艺差异表，后面我们就不多说了，这部分跟刚才郭总讲的会蛮类似的。不过有一点他没提到的是人工的部分，当功率工程师做超过十年，你的价值一定会比别人更高。

所以，这是我一直在鼓励我们的员工，第一，你好好做，你的价值会更高。还有一点更重要的是情怀，因为我们做的是一个节能减排的工作，赚钱还对社会有帮助。我们后面会提到你可以让什么东西节能，节能多少，我们虽然没有办法发电，可是我们可以让整体省电2%-10%，所以我们对减少雾霾也是有一点点的帮助。

碳化硅的应用

一、汽车

汽车的部分全面采纳碳化硅，其实刚才可以看到，可以节省10%-15%。它的主要应用包含一些电机控制器、ACDC / DCDC转化、车载充电桩等。另外，特斯拉厉害的地方，特斯拉虽然是做车，可是他里面有两百多个半导体专家，这是国内汽车厂看不到的。所以，其实电动车不是在做车，而是在做半导体。

这是三年的数据，比较保守，做出来大概整个效能提升了10%。不过你可以看到，整个逆变器体积缩小了，剩下了原来的1/5。重量剩下一半，我想做汽车的人都会很清楚,不管逆变器怎么放，都非常有优势。包括未来航天航空，其实这个都有非常大的优势，不发热、又小、又轻。现在有电动方程式的赛车，法拉力连续两年都得到冠军，它就是用日本罗姆的碳化硅芯片去做成的逆变器。

顺便提到，不仅是汽车，高铁也可以用到碳化硅。日本的高铁其实已经上线了，用碳化硅虽然看起来好像是节能了10%，不发热、不发烫、稳定性更高，提高了安全性。还有一点很重要的，它体积、重量都变小了，所以它一个车头现在已经可以拉16节车厢了。我们可以去看国内现在都是拉8节的。

二、电网

最大的会是在电网的部分。全球能源互联网中心正在提一个全球能源互联网的概念。比如说，能源从西电东送，是200KV以上的应用，相对来讲只要差1%，那节能就已经非常多了。碳化硅的功用是在降低能耗、降低电能的损耗。在这块儿国家电网走在世界领先的前沿，已经成立了一个6吋碳化硅的中试线，很荣幸我们有跟他们做合作，同时在去年底已经通线了。所以，我后面会聊到，为什么可以说我们跟国际的距离其实不是太远。

在电网的应用，这就更不用说了，这就更多了。柔性输配电是国网领先世界的技术，以一个+/- 320KV的柔性输配电为例来算，总共需要2000多个IGBT的模块，这个规格模块是在3300伏、1500安培的规格底下。所以，这个对芯片的需求是非常大的。未来都有机会换成碳化硅的产品。

而且电网这个应用，中国应该是世界领先的。全世界需要这么长的送电应该只有中国，西电东送是国家电网特有的专利，包含在非洲、巴西，未来在一带一路的应用，其实都是用中国的系统。

三、5G

接下来的应用就是我们现在常讲的5G，强调的是氮化镓是在5G的通讯方面，而碳化硅在5G领域依然是应用在电源节能的部分，包含基站，我提供你低功耗、高可靠性的一个电源。

四、航天航空

还有就是航天航空的领域。碳化硅本身它的能阶是硅基的三倍，所以它本身材料就有抗辐射的功能。所以，只要我们的设计得当，其实这个芯片轻而易举就可以抗辐射。

另外在一些工业，包含装备的部分，其实碳化硅可以在高温、高湿、高腐蚀的环境下，这个是硅基没有办法做得到的。像太阳能，有些在外面，可能都是在山上，风吹、日晒、雨淋，所以早期通常两年就要换一次，换成碳化硅，基本上它的可靠性现在都可以十年以上了。

碳化硅的推广难点

碳化硅看起来好像有很多优点，可是推广还是有一定的问题，尤其是在国内。

一、材料品质低

材料的部分好像中国都能做，我们就以为自己做得很好，其实你把它分成低阶和高阶来看的时候，你会发现高阶的6寸碳化硅的芯片，国内目前没有一家公司能够提供，所以是100%进口。

二、工艺难度高

它是一个3D的概念，一般人还是用2D的概念去设计这个东西，这是错的。我是有幸在美国工作了一段时间，叫Vishay，这家公司其实在功率半导体已经做了六十几年了，所以我们是站在巨人的肩膀上，才有机会。而且我们的训练是从3D的训练来做的，如果你要还是用2D的观念做功率半导体，肯定是不会成功的。3D底下是看不到的，因为下面是P和N，是看不到的，看不到的地方才是真正核心的位置，漏电和开启其实都是在底下的。

三、应用开发难

因为相对来讲碳化硅所有的应用设计其实是要重新做的，并不是一个直接pin to pin出来的。这是一个难点，也是我们公司的一个机会，因为最大的市场其实是在中国，就像电动车一样，最该用的其实是在中国。所以，需要客制化、在地化、中国化。

碳化硅的爆发点

所有的产品不是追求性能最高，是追求最适合客户的，合适的产品才是我们要的。所以，中国这一块儿在往上走，我们在这儿就得到了很多下游产业的合作，我们就知道它的规格，一起来做，那可以做出最合适的产品。

整个爆发点其实现在全世界来看，已经从4寸转成6寸了，价格成本其实是会降下来，会降20%-30%，原本价格是硅基的5-6倍降到了3-4倍。再加上后面应用的开发，整体模组成本反而下降，其实这就是未来一个爆发点。

碳化硅的机遇

碳化硅的重要性，其实它已经上升到国家的层面了。

2013年其实日本就把它定位是一个“首相策略”。

2014年美国还在奥巴马的时候，就已经把它定位是一个产业界的联盟。

所以，其实欧美日都非常重视这一块儿。

2016年中车想要把刚才说的那个高铁技术从三菱买过来，是被日本政府拒绝了。也就是说这已经不是一个纯粹的商业行为，已经是国家行为了。

2017年这个新闻大家都很清楚，欧洲的英飞凌要把美国现在第一大的Wolfspeed（科瑞分出来的）买下来，即使商业行为都做完了，可是最后在特朗普那边否决掉了。所以，我们就知道这个重要性在哪里。

在那个时间点同时，中国有三十几家公司都被定义碳化硅禁止输入公司。对中国来讲，很早就看到了这一块儿，你可以看到中国制造2050年里面的十大项，其中有四项特别提到碳化硅，包含电力装备、材料、新能源汽车、航天航空以及先进的轨道交通，其实都提到了它的重要性，这也是中国要发展的一个趋势。

相对碳化硅市场来讲其实还在一个等待爆发期，还没有真正爆发。到2021年，我们预估也只有大概6亿美金。为什么还没有爆发呢？

以下这是一个很标准的产品应用生长爆发周期图。

我们以汽车为例子来看，所有的新技术产生一定会有一个先驱者，他先做出一个，所以全碳化硅的车子第一个做出来的是Toyota，是一个研究型的，并没有量产的。所有的产业都是这样的，接下来一定会有一个梦想家，一个先驱者，我想特斯拉大家看了就知道，埃隆·马斯克（Elon Musk）他就很像一个梦想家，把汽车丢到火箭上去了，他确实是一个梦想家。在去年推出的Model-3是真正全碳化硅的汽车逆变器，他是一个梦想家。

这个产业链会不会起来呢？其实所有的产业链都是这样，你要起来之前，一定会有一个坎儿，要跳过去没有那么简单，你有可能等的是三、五年，也有可能等的是三、五十年，都有可能。可是我认为碳化硅会比较快，为什么？因为已经在这边，很多人虽然还没有推出来，可是实际上已经在做了，包含比亚迪、通用，其实大家都已经开始在研发、开始在做了。所以，我相信这个坎儿和别的产业来比是相对比较少小，也会比较快通过的。

这个产业我们现在开始做，我们现在在这里。站在这个产业起始点，这个时间点是一个很好的契机。如果我们是在产业最后面成熟下坡那边，那这个产业链已经快过了，大家就不用努力了。

碳化硅的挑战

跟大家分享一下目前来讲碳化硅全世界的排名，第一名是Wolfspeed，第二名是英飞凌。所以，英飞凌要把Wolfspeed买下来，大家都很紧张，最紧张的应该是罗姆了，一旦成功了，罗姆就被踩在脚底下了。后来美国总统救了他，拒绝了把Wolfspeed卖给英飞凌。

这里面有第四和第五大家不可以忽视，第四是ST，特斯拉的Model3里面用的碳化硅芯片全部都是ST的。ST这一块儿在高精尖的部分做得是蛮好的，它的产品和市场占有率可能没那么大，但是做得是蛮好的。第五的Mitsubishi不用多说了，高铁，集成模块化更是它的强项。

大家可以往后看，前十名你看不到中国的公司。

这里面跟大家分享一个东西，就是Toyota，其实Toyota没有在里面，我不知道它会排名在哪里。其实Toyota做了很多，因为它只自制自给，不对外公告的。所以，没有人知道它到底有多少量、做了多少。为什么会这么保密呢？因为习惯是这样，很好、很顶尖的东西他是不卖的，愈是保密。

我们看一下这个大饼图，美国占了31.2%，日本是35%，欧洲33%，除掉这三个地方，亚洲（不算日本）占了0.2%。所以，表示说含中国、韩国其他地方全部加起来其实只有0.2%。

我在很多场合都会告诉大家，其实我们做碳化硅的所有的公司都不是竞争的关系，我们都应该是讨论如何合作，如何共同赢得发展？因为整个产业链是要我们一起合作做的，我们要厮杀的不是拼这0.2%谁大，我们应该去把英飞凌、科瑞、罗姆的70%多的一点点拿下来，都比我们抢0.2%多太多了。所以，再回到这里，我们的重点是如何合作，而不是竞争。

很重要的一点，我们现在是在这里，所以其实我们应该把上下游的产业链整合起来。我想在座有很多投资者、孵化器、产业园，都觉得这是一个很好的机会，我们把上下游的产合能够结合，我们现在是在这里(等待爆发期)，未来我们成长的机会很大。如果这个产业我们是在这里，已经快要掉下去了，那就是拼价格的时候了，那就不一样了。

接下来讲一下我的公司，我是2001年到中芯国际的，后来我到美国的Vishay，做了一些技术转移。2014年我出来创业的时候跟很多人讨论，是要在美国创业，还是要在台湾，还是要在大陆？其实听起来都可以，但我们有一个梦，就是节能减排。

很多前辈告诉我们，节能减排的芯片是好的东西, 市场在哪里？在哪里能发挥最大的效应？当然是在大陆。所以，我们就到这边来创业了。我们的梦，所有的员工我都告诉他们，我们要做中国未来的英飞凌，节能减排，社会责任，还没达到之前我们要努力，达到了还要努力。

绿能芯创

我相信，绿能芯创就是中国未来的英飞凌。我们的产品不是要在这0.2%去竞争，我们要的是跟英飞凌、Wolfspeed去比较。我们和罗姆、Wolfspeed来PK、比较，性能是什么样的，基本上我们是完全不输他们的。

刚才那是一个静态的比较，动态还是很重要的，这个郭总很清楚，刚才也提到了。所以我把它拿来做动态测试，同样跟英飞凌、Wolfspeed比，你可以看到我们的动态损耗会比他们更小，在高频应用发热更少、更省电。

我最后要讲到是一个专利，专利是非常重要的，是保护我们的地方。我们的专利和一般的不太一样。是一些比较核心的专利，主要是一些结构性的改变，这样子我们最后才能真正卖到国外去，在国际上竞争。

其中有一个很有趣的例子就是这个专利，我们跟英飞凌差了一个月，我们比他早一个月公布，不过很可惜，是我们只申请了中国专利。当时创业嘛，没什么钱，所以只申请了中国专利，没有申请全球专利。

最后再给大家看一下，这是整个硅基、碳化硅、氮化镓市场的样子。我们公司的发展定位会专注在一个长期成长的应用市场，不会去抢一些短期缺货的市场。所以，会从新能源汽车里面的应用、工业设备的应用开始做起。再发展到电网上的应用。

谢谢各位的聆听。

 转自互联网