第三代半导体行业已进入加速发展阶段。
氮化镓行加速发展，竞争格局迎来巨变
在碳化硅市场，包括意法半导体、Wolfspeed、英飞凌、罗姆、安森美等国际碳化硅器件大厂基本上每家厂商在手订单都在10亿美元以上；中国厂商方面，虽然目前订单量暂时不如国外传统功率大厂，但以天岳先进、东莞天域、瀚天天成、三安光电等为代表的厂商的在手订单也都超过了10亿元人民币，整个行业呈现出一片欣欣向荣的景象。
资料来源：芯八哥整理 而在氮化镓市场，最近一两年也发生了天翻地覆的变化。在消费电子领域，随着氮化镓充电器的系统成本逐渐已经和硅基充电器实现持平，加速了氮化镓在消费电子市场的快速普及；除了消费电子外，在新能源汽车、光伏/储能、数据中心等新兴市场，伴随着客户接受度及渗透率的不断提高，行业内大单也已经开始陆续出现。 值得重点注意的是，虽然二者都属于三代半的“当红炸子鸡”，不过碳化硅和氮化镓在竞争格局方面完全不同。其中，碳化硅市场目前仍以传统功率大厂为主导。而在氮化镓行业，目前虽然有一些厂家开始崭露头角，但整体而言，整个行业仍然处于“春秋战国”时代，不管是老牌厂商还是新兴玩家，未来都有脱颖而出的机会。 从最近一两年竞争格局的变化也可以很好的反应氮化镓行业的演变及发展情况。 根据TrendForce的数据，在2021年，全球氮化镓前5大厂商为Navitas、PI、英诺赛科、EPC和Transphorm，其中Navitas市场份额近30%，国内厂商英诺赛科市场份额为20%；一年之后，TrendForce再次发布市场份额数据，据其数据显示2022年PI以20%的市占率排名第一，纳微半导体紧随其后以17%的市场率排名第二。此外，英诺赛科、EPC、GaN Systems、Transphorm分别占据16%、15%、12%、9%的市场份额。 数据来源：TrendForce 时间来到2023年，整个氮化镓发展提速明显。传统厂商方面，英飞凌在3月宣布以8.3亿美元收购GaN Systems，罗姆在7月发布650V GaN HEMT和栅极驱动用驱动器等于一体的Power Stage IC‘BM3G0xxMUV-LB’系列新品，以强化自身在氮化镓领域的竞争力。可以看到，传统功率大厂已经明显开始在氮化镓领域发力；与此同时，以英诺赛科、镓未来为代表的中国厂商，也在出货量上一路狂奔。可以预见的是，2023年全球GaN功率半导体市场份额排名剧烈变化已不可避免。
多家厂商业绩翻倍！氮化镓行业迎来发展甜蜜点
作为国内氮化镓领域的龙头企业，英诺赛科的发展可谓是为行业指明了方向。 据了解，英诺赛科采用IDM模式运营，集芯片设计、外延生长、芯片制造、测试于一体，拥有全球最大的8英寸硅基氮化镓晶圆的生产能力，目前产能已达到15000片/月。近年来，随着公司产品在消费类（快充、手机、LED）、汽车激光雷达、数据中心、新能源与储能领域的逐渐落地，公司不管是出货量还是业绩都实现爆发式增长。 在2022年，公司的氮化镓出货量累计突破1亿颗，销售额同比实现300%的增长；2023年Q1，公司仅用一个季度就实现5000万颗的出货，销售额达1.5亿，是去年同期的4倍；到2023年8月16日，公司宣布氮化镓芯片出货量成功突破3亿颗，这意味着公司仅用一个半季度就实现了出货量的翻倍，并且在上半年销售额同比增长500%，增长势头迅猛。 英诺赛科氮化镓芯片出货量成功突破3亿颗 资料来源：英诺赛科
随着市场需求的急剧增长，目前英诺赛科的产品已经明显处于供不应求的情况。为此，公司也在积极进行产能的扩展，预计到2025年，公司珠海和苏州两大基地的月产能将由现在的15000片/月提升到70000片/月。凭借在规模化、可靠性与成本上的极大优势，未来公司或将成为推动行业发展的中坚力量。 此外，纳微半导体（ Navitas Semiconductor ）也是氮化镓得先行者之一，公司的客户主要涵盖三星、LG、OPPO、小米、Anker、Dell、联想等一线消费电子品牌。 在2021年1月，纳微半导体宣布已向市场成功交付超过1300万颗氮化镓（GaN）功率IC，超过100款使用纳微GaNFast氮化镓科技的快充充电器已经走向市场；2022公司无故障氮化镓累计出货量已超过4千万颗，2022年全年净收入较2021年增长60%。 而到2023年3月20日，纳微半导体宣布已出货超7500万颗高压氮化镓功率器件，意味着公司仅用一个季度就接近实现出货量的翻倍增长，并且2023年Q1净销售额同比接近翻番，待出货订单也同比增长50%，与客户量产和在研项目的价值总额达7.6亿美元；Q2季度，公司总收入1,810万美元，同比增长110%，环比增长35%，在研客户项目增长30%，总量超过10亿美元，各大市场都实现了增长，并且氮化镓累计已发货超过1亿颗。 实际上，行业内除了英诺赛科和纳微半导体外，其他氮化镓厂商的发展势头也非常猛烈。 根据华润微的最新披露，公司碳化硅和氮化镓均进入上量阶段,2022年营收同比增长324%，预期2023年第三代半导体营收将较去年实现翻番，营收规模将突破亿元关口；氮矽科技旗下的增强型氮化镓产品出货量已经突破100万颗，实现了公司在适配器电源市场从无到有的突破；镓未来早在2021公司就已经接收300万颗快充芯片订单，在2022年公司再次拿下千万颗以上级别的氮化镓大单，据镓未来预计近三年公司营收可实现600%的年复合增长。
快充只是开始，中、大功率应用将支撑GaN指数级增长
按下游应用来看，GaN功率半导体凭借转换效率高、能量损耗小等优势，成为电源供应单元的理想材料，下游应用领域广泛。 GaN功率芯片主要运用场景 资料来源：纳微半导体
1、消费电子约30亿颗/年的GaN芯片机会 氮化镓在电力电子领域主要优势在于高功率、低损耗与高频率，这些特性令其在充电器行业大放异彩。 从用量来看，随着高功率的发展趋势，一个电源适配器需要使用量由1颗增加至3颗，单件价值量可提升2-3倍；从需求来看，从2018年前后开始，氮化快充充电器进入国内市场，从从最初的 5W，到现在的300W，即使面临全球消费市场疲软的冲击，但每年20亿台消费电子设备的市场仍然能为氮化镓企业带来30亿颗GaN芯片的机会。从市场规模来看，根据Yole和Navitas预测，2020年全球消费电子（含手机）GaN功率市场规模达1259万美元，预计2026年达到8.7亿美元，2020-2026 CAGR有望达到103%。 主要厂商业务方面，据悉，英诺赛科目前已经与OPPO、vivo、小米、联想、荣耀、摩托罗拉等头部手机品牌展开合作，逐步将氮化镓充电器作为手机标配充电器投入市场，用户接受度极高；安克、倍思、绿联、努比亚等消费类电商也纷纷推出采用英诺赛科氮化镓芯片的快充产品，包括安克联合英诺赛科、南芯等发布的基于AllGaN技术的全氮化镓快充，也迅速成为热潮；纳微半导体在消费电子的客户订单需求强劲势头延续到了第二季度，加上第一季度20款新品快充和超快充充电器，现有开发中的项目超150个，项目价值总额超过1亿美元。 英诺赛科联合安克推出全球首款全氮化65W快充 资料来源：英诺赛科
2、数据中心氮化镓从2023年开始放量 数据中心电源系统由PSU电源供应单元（包含PFC功率因数修正器、LLC谐振转换器）与DC/DC等部分组成，涉及大量功率器件。 从价格来看，数据中心PSU高功率趋势有望提高单机GaN价值量。根据GaN System和Navitas预测，PSU单机功率正在从2千瓦逐步往3千瓦提高，PSU GaN单机价值量有望提升至75美元，预计2030年总出货达到每年1300万台，对应10亿美元市场份额。 主要厂商业务方面，据了解，纳微半导体23Q2数据中心现有客户项目10个，项目价值总额超过6,000万美元。在研项目数量增长超过 50%，全新3.2kW基于GaN IC的服务器电源平台提供了业界领先的100W/inch³和超过96%的效率，超过了欧盟的Titanium钛金级别规范，将于2023年Q4投入市场，并且预计在2024年开始全面放量；英诺赛科氮化镓数据中心解决方案包括钛金级2KW PSU，48V-12V 600W/1000W 电源模块等，据介绍其全链路氮化镓方案能够帮助数据中心供电系统减少50%的损耗；此外，业内包括浪潮信息、华为、超聚变等知名供应厂商均已采用GaN技术，设计具有更高功率密度、能效表现更好的电源供应器。 英诺赛科氮化镓数据中心解决方案2KW PSU产品 资料来源：英诺赛科
3、新能源汽车数亿美元GaN大单开始陆续出现 GaN功率IC在汽车中主要用于OBC车载充电器、DC-DC转换器、BMS电池管理系统、主驱逆变、激光雷达等，汽车电动化趋势有望推动汽车成为未来GaN功率半导体增长最快的细分领域。根据Navitas预测，2026年全球电动汽车GaN功率市场规模达7.2亿美元，2020-2026 CAGR有望达到320%。 电动汽车GaN 应用场景 资料来源：Navitas 从市场表现来看，2021年9月，GaN Systems与宝马签订了产能协议，为宝马汽车提供高性能GaN功率晶体管，合作金额高达1亿美元（近6.5亿人民币）。同年11月，GaN Systems宣布获得宝马集团等1.5亿美元（约9.58亿人民币）融资；NexGen Power Systems近日宣布，他们与通用汽车合作的GaN主驱项目已获得美国能源部 (DoE) 的资助，预计将于 2023 年第三季度开始全面生产；纳微的氮化镓器件目前已投产或开发中的车载、充电桩客户项目达25个，项目价值超3亿美元，包括有望于2024年发布估值1,500万至2,000万美元的某头部车企车载充电机设计；英诺赛科早在2020年 100V 低压GaN 成功导入禾赛激光雷达并实现量产。2023年4月英诺赛科低压产品从工业级应用进军到车规级应用，成功进入汽车激光雷达市场，目前公司已与超过5家激光雷达厂商深入合作，并实现大规模量产。 GaN Systems 800V 氮化家车载充电器 资料来源：GaN Systems
4、光伏/储能，氮化镓渗透率不断提高 GaN功率IC在光伏发电中主要用于逆变器和配套储能中，碳达峰、碳中和目标推动光伏发电与配套储能系统装机量上升，有望推动GaN功率半导体持续放量。根据Yole和Navitas预测，2026年全球光伏发电GaN功率市场规模达1.9亿美元，2020-2026CAGR有望达到208%。 光伏及储能系统GaN应用示意图 资料来源：Navitas 从相关厂商最新动态来看，EPC的GaN器件已经在光伏企业Solarnative微型光伏逆变器Power Stick中大规模使用，在大幅度缩小尺寸的同时，依然保证了96%的高效率；蜂巢能源近日称，公司的超薄户储逆变器搭载了GaN技术，在能效上可提升1-2个百分点达到98%以上；纳微半导体近日指出，公司在在太阳能逆变器和能源储存系统（ESS）中GaN的采用率迅速增加，投产或开发中的客户项目超35个，每个太阳能/ESS在研客户项目的预估收入增长超过100%，项目价值总额超1.5亿美元。
氮化镓是第三代半导体领域的明星材料，2020年在手机快充领域得到爆发性应用，实现了氮化镓产业的第一个小高峰。2022年，除了庞大的消费电子市场，在服务器、通信、新能源汽车、光伏/储能等新技术的推动下，数据中心、汽车电子、新能源等领域对氮化镓的需求也逐渐显现。 2023年上半年，氮化镓厂商新品频发，行业并购、出货猛增等众多利好消息接踵而来，呈现出一片欣欣向荣的景象。未来，GaN有望于高频、高功率等场景进一步逐步替代Si，在功率器件中渗透率逐步上升，为GaN功率IC提供更大的市场空间。
