氮化镓元件来袭，国内半导体企业却有心无力？

随着氮化镓(GaN)不断应用在二极管、场效电晶体(MOSFET)等元件上，不少业内专家直言，电力电子产业即将迎来技术的大革命。氮化镓虽然在成本上仍比传统硅元件高出一大截，但其开关速度、切换损失等性能指标，也是硅元件难以望其项背的。特别是近年来随着氮化镓广泛被应用于手机快充、电源以及5G市场，氮化镓即将引领半导体技术革命的呼声越来越高。

有望于手机快充、5G市场起飞

当下，氮化镓的主要应用市场是手机快充、电源产业。近年来手机快充技术不断发展，已成为智能手机标配，而促进其普及的重要推手便是氮化镓组件。德州仪器(TI)电源管理应用经理萧进皇曾表示：“氮化镓材料具有低Qg、Qoss与零Qrr的特性，能为高频电源设计带来效率提升、体积缩小与提升功率密度的优势，因此在服务器、通讯电源及便携设备充电器等领域受到市场相当不错的回响，应用需求也越来越多。”

为了缩短电池充电时间，缩小快充装置，充电器制造商必须改用氮化镓组件来实现产品设计。据了解，氮化镓制程已经吸引台积电等晶圆代工业者投入。戴乐格(Dialog)便是与台积电合作，利用台积电标准化的650V硅上氮化镓(GaN-On-Silicon)制程技术，针对消费性市场推出可大规模量产的解决方案。

此外，无线电通信也非常需要高性能的氮化镓半导体组件。在去年年底举行的MACOM媒体见面会上，MACOM无线产品中心资深总监成钢曾表示，MACOM推出的第四代的氮化镓产品峰值效率达到70%，即是说如果让中国现在所用的4G基站均采用氮化镓而不是传统的LDMOS，按照6毛钱一度电，7x24小时运营来计算，其可为运营商一年节省23亿元电费，如果是效率更低的2G、3G成本将节约更多。

而对于正在落实中的5G通信，氮化镓技术同样起到了极大的推动作用。5G移动通信将从人与人通信拓展到万物互联，预计2025年全球将产生1000亿的连接，需求成长能力十分可观。但显然5G技术的门槛相对更高，不仅需要超带宽，更需要高速接入，低接入时延，低功耗和高可靠性以支持海量设备的互联。而氮化镓器件拥有更高的功率密度、更高效率和更低功耗，刚好能够满足5G通信对于半导体元器件性能的要求。

国企有心无力?急需建立氮化镓产业链

氮化镓作为新一代元件，国内外企业都在积极布局。虽然早在2000年我国便开始了以氮化镓和碳化硅为代表的宽禁带半导体电力电子器件的研发工作。但我国氮化镓核心材料、器件原始创新能力仍相对薄弱，目前氮化镓方面的核心技术主要集中在国外企业手上。

目前国内在只有极少数的公司在氮化镓有深入的研究，更别说具备氮化镓晶片生产能力，其中华为、中兴等巨头都是选择通过与MACOM形成战略合作伙伴关系，并且只是将硅基氮化镓产品应用于打造基站方面。相对于氮化镓的巨大潜力，国内企业似乎陷入了有心无力的僵局。

作为国内乃至全球为数不多的具备氮化镓晶片生产能力的公司，苏州纳维科技总经理徐科认为氮化镓的未来市场是一个数万亿美元的市场，但也指出国内更需要的是建立氮化镓产业链，发展氮化镓的产业链——在整个产业链中，国内在氮化镓基底的器件研发和生产上仍然面临断层。

总的来说，在手机快充的需求带动与5G通信的落实效应下，氮化镓组件的市场前景十分广阔，相信经济规模很快就会出现。在这个机遇时刻，企业要加快布局，不仅要加强研发，推出相关氮化镓组件产品，更要对重要应用市场——手机快充、5G通信、电源等加大投资力度，建立起产业链，同时形成以氮化镓为依靠的半导体产业体系。

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dialog的意思是对话。

短语搭配：

1、dialog box；对话框；对话方块；对话窗口。

2、File Dialog；档案对话框。

3、dialog window；指定窗口为对话框；指定窗口为对话框边框；对话框；对话窗口。

4、modal dialog；模式对话框；模态窗口；模态会话框。

5、Parameter Wiring Dialog；参数化线框对话框；参量绑定会话框。

6、Dialog Semiconductor；半导体；德商戴乐格半导体；戴乐格半导体；戴乐格半导体公司。

双语例句：

1、Press Windows key+R to bring up the Run dialog box, then type in "taskmgr" and click OK.

按下Windows 键+ R，出现了一个“运行”的对话框。 在对话框中输入taskmgr，然后点击确定。

2、A new dialog window will open.

将打开新对话框窗口。

3、Click OK in the pop-up dialog.

在d出对话框中，单击ok。

集成电路市场。（1）产业链

集成电路产业链相应划分为上游产业支撑环节、中游设计制造环节、下游应用环节，具体如下：

其中，中游设计制造环节主要分为集成电路设计、集成电路制造和封装测试等三个主要部分，每个部分配套不同的制造设备与生产原材料等辅助环节。龙芯中科属于集成电路设计行业，主要从事处理器及配套芯片的设计工作。

（2）商业模式

集成电路行业经过多年发展，在产业分工不断细化的背景下，行业的商业模式逐渐从原有的单一 IDM 模式转变为 IDM 模式与 Fabless 模式并存的局面。龙芯中科采用 Fabless 模式，该模式可有效降低大规模固定资产投资所带来的财务风险，同时，该模式下集成电路设计企业能够根据市场行情及时调整生产采购计划，进一步提升生产运营的灵活性。

（3）行业发展现状

集成电路设计行业位于集成电路产业链上游，属于技术密集型产业，对技术研发实力要求极高，具有技术门槛高、产品附加值高、细分门类众多等特点，集成电路设计能力是一个国家在集成电路领域能力、地位的集中体现。

按地域来看，目前全球集成电路设计仍以美国为主导，中国大陆是重要参与者之一。根据 CICPC 和芯途研究院的数据统计，2019 年全球集成电路设计领域，美国公司依然处于主导地位，全球市场占有率达到 55%，其次韩国公司为 21%，欧洲公司为 7%，中国台湾地区公司为 6%，日本公司为 6%，中国大陆地区公司仅为 5%。2020 年全球前十大集成电路设计公司营收排名中有 6 家美国公司， 前三名分别是高通、博通以及英伟达，均为美国企业。中国台湾地区的联发科技、联咏科技和瑞昱半导体分别排名第四、第八和第九位。欧洲戴乐格半导体排在第十位。

我国集成电路设计企业的数量自 2012 年以来逐年增加，并逐步进入到全球市场的主流竞争格局中，截至 2020 年底，我国集成电路设计企业达到 2,218 家， 出现良好的发展势头。

   虽然我国集成电路设计业发展迅速，但仍然存在两方面问题。一是我国在核心通用芯片设计领域，如 CPU、存储器及高性能模拟芯片基础较为薄弱，国内对于国外公司在核心芯片领域的依赖程度较高。二是行业整体实力不强，行业集中度较低。

数据来源：中国半导体行业协会

2、CPU 行业

（1）行业概述

CPU 是计算机的运算和控制核心，是对计算机的所有硬件资源（如存储器、输入输出单元）进行控制调配、执行通用运算的核心硬件单元；同时，计算机系统中所有软件层的 *** 作，最终都将通过指令系统映射为 CPU 的 *** 作。从硬件层面，CPU 中的硬件系统主要是为了实现每一条指令的功能，解决指令之间的连接关系，因此指令系统是计算机硬件的语言系统，其决定了计算机的基本功能。而指令系统需要通过处理器核进行实现，最终形成芯片产品。

从软件层面，软件是由按一定规则组织起来的许多条指令组成，完成一定的数据运算或者事务处理功能。而 *** 作系统是管理电脑硬件与软件资源的程序，能够在硬件管理中处于支配地位；应用软件是利用计算机解决某类问题而设计的程序的集合，需要依赖于 *** 作系统的支持才能运行；只有具备 *** 作系统等关键基础软件的开发能力，才能为搭建全新的基于该指令系统的应用软件生态提供支撑。

综上，CPU 生态包含软硬件两个方面，从指令系统出发，硬件上通过 IP 核形成芯片，并最终用于板卡、整机厂商等不同领域的应用终端；软件上形成包括 *** 作系统、编译器、Java、.NET 等基础软件，最终实现应用于政企、教育、能源、交通等不同领域的应用软件。CPU 生态体系是硬件和软件的结合，是产业上下游交互的产物， 因此生态壁垒一旦建立便是长期稳定牢固的。

指令系统属于计算机中硬件与软件的接口，指令系统的设计十分重要，是构建 CPU 生态的重中之重。目前 CPU 行业由两大生态体系主导：一是基于 X86 指令系统和 Windows *** 作系统的 Wintel 体系；二是基于 ARM 指令系统和Android *** 作系统的 AA 体系。Intel 于上世纪 80 年代自研 X86 指令系统架构， 凭借先发优势迅速扩大市场份额并构建生态优势，并通过与 Windows 联盟形成“Wintel”联盟逐步占领桌面 CPU 市场；ARM 则在苹果、高通、三星、华为、英伟达等方面的努力下，凭借其指令系统开源、异构运算、可定制化等一系列优势，立足于低功耗的移动市场。Wintel 体系与 AA 体系正是凭借对 *** 作系统和CPU 芯片的垄断，设定了一系列技术规范与标准，构建了庞大的软件生态体系， 从而主导着主流 CPU 市场。

围绕 CPU 芯片和 *** 作系统两个基点，CPU 行业内存在 Wintel 体系和 AA 体系的两种模式：（1）在 Wintel 体系中，CPU 厂商生产芯片， *** 作系统厂商提供 *** 作系统；（2）在 AA 体系中，CPU 厂商对芯片或系统厂商进行指令系统或CPU IP 核授权， *** 作系统厂商提供基础版 *** 作系统，由整机厂商定制专用芯片和发行版 *** 作系统。龙芯中科充分吸收上述两类模式的优点，以 CPU 销售为主业，并开发与龙芯 CPU 相配套的面向信息化应用的基础版 *** 作系统 Loongnix 以及面向工控应用的基础版 *** 作系统 LoongOS，支持 *** 作系统厂商及整机厂商研制发行版 *** 作系统。

CPU 是信息产业中最基础的核心部件，设计技术门槛高、研发周期长，且具有极高的生态壁垒。Wintel 体系起步较早，目前在桌面和服务器市场中占主导地位；AA 生态体系则主要应用于移动平台，在移动芯片市场占主导地位。目前， 国内 CPU 产品大多数是基于 X86 和 ARM 指令系统。近些年，随着国内处理器设计和基础软件研发水平提升，独立于 Wintel 和 AA 的其他生态体系开始出现， 如龙芯中科推出的基于 LoongArch 指令系统的生态体系。支持 LoongArch 的CPU 市场占有率目前尚低，但随着相关CPU 产品性能的提升和生态的不断完善， 其竞争力正不断增强。

国产 CPU 企业目前主要有 6 家，分别是龙芯中科、电科申泰、华为海思、飞腾信息、海光信息、上海兆芯。按采用的指令系统类型可大致分为三类：第一类，是龙芯中科和电科申泰，早期曾分别采用 MIPS 兼容的指令系统和类 Alpha指令系统，现已分别自主研发指令系统；第二类，是华为海思和飞腾信息，采用ARM 指令系统；第三类，是海光信息和上海兆芯，采用 X86 指令系统。

（2）市场情况

1）全球市场情况

CPU 的重要应用领域包括桌面和服务器，每台桌面通常只有一颗 CPU，而每台服务器的 CPU 数量不定。桌面领域，2015 年至 2018 年全球出货量增速呈现缓慢下降的趋势，但是整体出货量依然保持在 2.6 亿台/年左右。2019 年开始， 全球桌面出货量出现回升，2020 年全球桌面出货量较前 5 年有较大增长。服务器领域，根据IDC 数据，2020 年全球服务器出货量达1,220 万台，同比增长3.92%。

2）国产 CPU 市场情况

国内桌面领域，近年来出货量同样呈现缓慢下降的趋势，但是整体出货量依然保持在 0.5 亿台/年左右。国内服务器领域，根据 IDC 数据，2020 年中国服务器出货量为 350 万台，同比增长 9.80%。近两年采用国产 CPU 的桌面和服务器产品发展迅速，但市场份额仍不足 5%，增长空间巨大。

（3）行业壁垒

集成电路行业属于技术与资本密集型相结合的行业，而 CPU 作为集成电路行业的明珠具有更高的进入壁垒。具体如下：

1）技术壁垒

CPU 作为计算机的运算与控制核心，对通用计算处理能力等性能指标有较高的要求，属于集成电路设计中的最高端产品。掌握 CPU 核心设计能力需要长期积累，需要一批从业经验丰富的高素质工程人员长期持续的研发投入和持续迭代演进，即使引进国外 CPU IP 核，如果没有足够的工程实践和时间积累也很难做到引进消化吸收，技术储备需要较长周期。

2）生态壁垒

CPU 产品需要研发配套的基础软件，包括如 BIOS、编译系统、 *** 作系统、虚拟机等的配套软件支持。这些基础软件需要高端人才以及长期的技术积累才能形成高水平成果。不同 CPU 指令系统的 *** 作系统、应用软件之间形成了独立的生态体系，不同生态体系承载的软件生态的应用数量、类型和丰富程度迥异，从而构成软件生态壁垒。

3）资金和规模壁垒

集成电路企业的产品必须达到一定的资金规模与业务规模，才能通过规模效应获得生存和发展的空间。由于 CPU 产品设计研发周期长及成功的不确定性大， 而电子产品市场变化又十分迅速，经常会出现产品设计尚未完成而企业已面临倒闭，或产品设计完成而已不满足目标市场的要求等局面。因此，资金和规模是行业的重要壁垒。

4）人才壁垒

CPU 及其配套基础软件需要高端人才以及长期的研发投入才能形成高水平成果。而行业内具有丰富经验的高端技术人才相对稀缺，且较多集中在少数领先厂商，因此，人才聚集和储备成为新兴企业的重要壁垒。

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