光大證券:碳化硅未來市場規模增速快 AI數據中心對碳化硅需求量快速提升

智通財經
02-28

智通財經APP獲悉,光大證券發佈研報稱,相較於硅基半導體,以碳化硅和氮化鎵爲代表的寬禁帶半導體在材料端至器件端的性能優勢突出,具備高頻、高效、高功率、耐高壓、耐高溫等特點,是未來半導體行業發展的重要方向。碳化硅功率半導體器件有助於提升能源效率、降低運營成本,並支持數據中心的可持續發展戰略。隨着AI數據中心、AR眼鏡等行業的增長,碳化硅行業將隨之快速增長。國內碳化硅襯底企業持續投資擴張產能,有望持續擴大市場份額,建議關注天嶽先進(688234.SH)。

光大證券主要觀點如下:

受益於新能源汽車、光伏儲能、數據中心等拉動,碳化硅器件市場規模將快速增長

碳化硅是一種由碳和硅元素組成的化合材料,具有較高硬度和優異的物理化學性能。碳化硅材料擁有耐高壓、耐高頻、高熱導性、高溫穩定性、高折射率等特點,可作爲諸多行業實現降本增效的關鍵性材料。碳化硅材料率先促進半導體行業變革,並開始在更多領域替代和補充硅基技術。

相較於硅基半導體,以碳化硅和氮化鎵爲代表的寬禁帶半導體在材料端至器件端的性能優勢突出,具備高頻、高效、高功率、耐高壓、耐高溫等特點,是未來半導體行業發展的重要方向。其中,碳化硅展現出獨特的物理化學性能。碳化硅的高禁帶寬度、高擊穿電場強度、高電子飽和漂移速率和高熱導率等特性,使其在電力電子器件等應用中發揮着至關重要的作用。這些特性使得碳化硅在xEV及光伏等高性能應用領域中具有顯著優勢,尤其是在穩定性和耐用性方面。

碳化硅材料在功率半導體器件、射頻半導體器件及新興應用領域具有廣闊的市場應用潛力。碳化硅材料通常被用於製作碳化硅襯底或碳化硅外延片,其中碳化硅襯底可被廣泛應用於功率半導體器件、射頻半導體器件以及光波導、TF-SAW濾波器、散熱部件等下游產品中,主要應用行業包括xEV、光伏及儲能系統、電力電網、軌道交通、通信、AI眼鏡、智能手機、半導體激光等。

從2019年到2023年,碳化硅功率半導體器件市場顯著增長。全球碳化硅功率半導體器件在全球功率半導體器件市場中的滲透率由1.1%增至5.8%,預計於2030年將達到22.6%。分應用領域,從2019年到2023年,應用於xEV的碳化硅功率半導體器件全球收入的複合年增長率高達66.7%,而從2024年到2030年,xEV領域的複合年增長率仍高達36.1%,將繼續引領全球碳化硅功率半導體器件市場的增長。光伏儲能、電網、軌道交通領域亦表現出強勁的增長勢頭,未來預測期間的複合年增長率將分別達到27.2%、24.5%及25.3%。

碳化硅襯底製造難度大,未來市場規模增速快

碳化硅襯底是指以碳化硅粉末爲主要原材料,經過晶體生長、晶錠加工、切割、研磨、拋光、清洗等製造過程後形成的單片材料,是用於製作寬禁帶半導體及其他碳化硅基器件的基礎材料。碳化硅襯底研發和製造過程高度複雜,涉及材料科學、熱動力學、半導體物理、化學、計算機模擬、機械等多學科交叉知識的應用。

以銷售收入計算,全球碳化硅襯底市場由2019年的人民幣26億元增長至2023年的人民幣74億元,複合年增長率爲29.4%。預計到2030年,市場規模將有望增長至人民幣664億元,複合年增長率爲39.0%。

AR眼鏡爲碳化硅行業的增長帶來新動力

AR眼鏡發展不盡如人意的核心在於用戶體驗不佳。用戶期望的是像科幻電影、動畫中那樣高科技、便捷、無門檻的使用體驗。然而,無論是GoogleGlass最初的棱鏡方案,還是後來的自由曲面方案、Birdbath方案,都是通過複雜的鏡面反射實現AR畫面投影,存在視場不足、透光性差、鏡片厚重等問題。

衍射光波導技術帶來了顛覆性的變化。衍射光波導技術可以將光學系統做得非常薄,使AR眼鏡設計更加輕便和時尚,接近普通眼鏡的外觀。通過優化衍射光柵的設計,光波導可以實現較大的視場角,讓用戶看到更廣闊的虛擬畫面。

衍射光波導最初設計製作在玻璃鏡片上,但玻璃材料在鏡片重量、加工難度、彩虹效應、視場角、散熱性能以及硬度與耐磨性等方面存在諸多不足,限制了其在AR眼鏡上的應用。無色透明的碳化硅半導體材料因其高折射率、高硬度和優異的導熱性能而被視爲製作AR鏡片的理想材料,成爲了下一代衍射光波導鏡片的不二選擇。

AI數據中心對碳化硅需求量快速提升

碳化硅和氮化鎵作爲寬禁帶半導體的“門面”,具備寬禁帶、高導熱率、高擊穿場強、高飽和電子遷移率的物理特性,能耐高壓、高溫、高頻,滿足高效率、小型化和輕量化的場景要求。隨着技術的不斷升級,寬禁帶半導體的性能被進一步開發,二者已經不再侷限於新能源汽車和消費電子市場,而是向AI數據中心領域強勢“破圈”。

在AI數據中心領域,碳化硅具有極小的反向恢復損耗,可以有效降低能耗,因此主要應用在AI服務器電源的PFC(功率因數校正)中,現在多數企業都在採用碳化硅二極管替代硅二極管,碳化硅MODFET替代硅MOSFET。而氮化鎵主要得益於其柵極電容和輸出電容對比硅更小,導通電阻較低,反向恢復電荷很小,因此開關損耗和導通損耗較低。所以氮化鎵主要應用在服務器電源的PFC和高壓DC/DC(直流轉直流電源)部分,用氮化鎵MOSFET替代硅MOSFET。

特別是在服務器電源的PFC中,碳化硅MOSFET具有的高頻特性,可以起到高效率、低功耗的效果,提升服務器電源的功率密度和效率,縮小數據中心的體積,降低數據中心的建設成本,同時實現更高的環保效率。

碳化硅主要應用於AI數據中心電源的機架電源AC/DC級。碳化硅MOSFET可用於構建電源供應單元(PSU)的功率因數矯正(PFC)電路,以替代硅基MOSFET。相較硅基MOSFET,碳化硅MOSFET擁有更高的開關頻率和更低的反向恢復損耗,可以有效減少元件數量,增加電源功率密度,並提升AC/DC級的能量轉換效率。使用碳化硅MOSFET的PSU的功率密度可以達到硅基功率器件PSU的2倍以上,並且可以將電力轉換效率最高提升約1%。

受益於大語言模型技術發展和生成式AI的快速滲透,全球AI市場規模快速增長

數據中心中的傳統硅基供電系統效率約爲85%至88%,有12%至15%的電能以熱能形式浪費。碳化硅功率半導體器件有助於提升能源效率、降低運營成本,並支持數據中心的可持續發展戰略。此外,AI工作負載的增加導致數據中心內AI服務器數量上升,該等服務器的功耗顯著高於傳統服務器。這對機架電源的功率密度提出了更高要求,使得碳化硅功率器件成爲在現有機架空間內提升電源輸出功率的可行解決方案。

標的方面

建議關注天嶽先進(688234.SH):根據WIND 一致預期,天嶽先進2025-2026年歸母淨利潤預測爲3.57、5.09億元,目前301億元市值對應2025-2026年PE爲84x、59x。

風險提示

需求不及預期,創新不及預期,競爭加劇。

免責聲明:投資有風險,本文並非投資建議,以上內容不應被視為任何金融產品的購買或出售要約、建議或邀請,作者或其他用戶的任何相關討論、評論或帖子也不應被視為此類內容。本文僅供一般參考,不考慮您的個人投資目標、財務狀況或需求。TTM對信息的準確性和完整性不承擔任何責任或保證,投資者應自行研究並在投資前尋求專業建議。

熱議股票

  1. 1
     
     
     
     
  2. 2
     
     
     
     
  3. 3
     
     
     
     
  4. 4
     
     
     
     
  5. 5
     
     
     
     
  6. 6
     
     
     
     
  7. 7
     
     
     
     
  8. 8
     
     
     
     
  9. 9
     
     
     
     
  10. 10