第三代半导体市场起飞！谁是下一个芯片霸主？

在赛场上，选手总有老将、新秀之分，各有不同优势。竞争日趋激烈的第三代半导体竞赛也不例外，老将们多是掌握元件设计、制造、封测技术的IDM厂商，由欧美日企业三足鼎力；中国中国台湾的新秀们则以产业分工、集团打群架方式快速追赶中。 第三代半导体老将当中，全球基板龙头Wolfspeed主宰全球逾6成碳化硅（SiC）基板供应量，并掌握整合元件设计制造能力，2021财年营收达5.256亿美元。 Wolfspeed于1987年创立之初，就专注于碳化硅材料设计研发，技术与专利布局遥遥领先。日本专利研究机构Patent Result分析，Wolfspeed掌握碳化硅相关专利居全球之冠，其余依序为罗姆半导体（ROHM）、住友电工（Sumitomo）、三菱电机（Mitsubishi）、电装（DENSO）。
Wolfspeed主宰了全球将近6成的碳化硅基板供应，Tesla于2018年推出的Model 3车款中所使用的碳化硅芯片，原料也来自Wolfspeed。 凭借着Wolfspeed在基板的独大，美国成为全球碳化硅强国，欧洲与日本则紧追在后，包括来自日本的全球第2大碳化硅晶圆供应商罗姆半导体（ROHM）、德国车用半导体龙头英飞凌（Infineon）、瑞士功率元件大厂意法半导体（ST），还有美国两大射频（RF）前端通讯龙头思佳讯（Skywork）与科沃（Qorvo）等。 这些欧美日IDM大厂一手包办研发、设计、制造到封测等环节，搭配各自汽车、工业与通讯领域应用，以自有品牌销售元件，在第三代半导体战场已站稳位置。 相对国际IDM大厂布局逾30年，中国台湾近10年左右才起步投入第三代半导体，属于市场后进者，产业发展样貌也延续第一代半导体产业的专业分工形式，在基板、磊晶、IC设计与制造代工等环节各司其职。 从技术面来看，中国台湾目前投入第三代半导体的主要玩家，多出自第一代、第二代半导体产业，包括台积电、稳懋、环球晶、嘉晶、汉磊、强茂、宏捷科和环宇-KY等，当然也不乏横空出世的选手，如盛新材料、鸿海。 此外，还有不少公司也积极抢进第三代半导体市场。以中美晶最受瞩目，其旗下环球晶已是中国台湾最大碳化硅晶圆供应商，中美晶也转投资无线通信器材制造商宏捷科、功率元件厂朋程、蓝宝石基板厂兆远等，完整布局上下游组成“虚拟IDM集团”。 汉民集团的实力也不容低估，以汉磊投控投资磊晶厂嘉晶、晶圆代工厂汉磊，也曾投资IC设计厂瀚薪，在第三代半导体的步局最早、也最完整。 自动化设备大厂广运集团则快速回应市场趋势，与转投资的太阳能厂太极能源，于2020年合资成立碳化硅基板商盛新材料。 这两年积极抢攻电动车市场的鸿海集团，除了成立鸿扬半导体、买下旺宏6吋厂投入碳化硅制造，旗下鸿海研究院也投入元件设计开发研究。
01技术尚未标准化，赛局正要开始 由于第三代半导体技术与材料仍在发展阶段，因此研发制程亟需客户反馈，以持续调整优化。然而，往往想保住业务机密的客户透露情报有限，导致中国台湾厂商必须自行摸索，也彰显出IDM厂商研发产制一条龙的优势。 环球晶董事长徐秀兰坦言，相对国际大厂，环球晶在第三代半导体发展还比较稚嫩，但客户给的回馈愈快，愈能进步。虽然集团旗下公司各自独立研发，基板商须对客户保持中立性，不过集团内公司相对还是较乐意回馈意见，有助于集团成员加速彼此学习。如今第三代半导体仍是IDM厂的天下，但未来5～10年是否出现产业分工，徐秀兰认为有可能，因为IDM厂和客户之间仍存在竞争关系，一旦出现类似台积电的大型独立制造厂，或许就有许多IC设计商愿意下单。 联电近日也宣布进军第三代半导体产业，并且与比利时微电子研究中心（IMEC）进行技术研发合作，现正积极将相关技术朝平台化发展，为IC设计业者提供标准化的技术平台。针对这项技术平台的建立，联电将会以提供功率、射频元件方案为主，初期会以氮化镓技术先行，待其技术发展成熟后，下一步才会朝碳化硅开始布局。目前氮化镓技术平台建置已逐渐成形，预期2022年将进入Design in阶段，取得客户开发新品入场卷。率先提供的解决方案将以硅基氮化镓为主，朝消费性功率元件代工切入，提供6吋晶圆方案。 至于台积电，工研院产科国际所研究总监杨瑞临指出，其硅基氮化镓（GaN on Si）代工技术已获功率元件龙头纳微半导体（Navitas）采用，台积电也助其登上全球功率元件第一地位，这意味着中国台湾能延续专业分工的制造优势，在国际抢下一片天。 尽管如此，氮化镓射频通讯市场仍由射频元件全球前两大IDM厂思佳讯和Qorvo主导，中国台湾投入氮化镓射频元件生产多年的稳懋，同是第二代半导体砷化镓（GaAs）代工龙头，与前者相比也只能算是新秀。 碳化硅代工大厂汉磊也认为，IDM厂在车载领域有优势，基于车载可信赖度及赔偿层面考验，IC设计业者与代工厂合作在绿能领域机会较大。 碳化硅市场仍在不断转变，相关应用与设计框架也都尚未定型，老将未必就主导未来，新秀仍有反转既有老将市占版图机会，谁输谁赢尚在未定之天。