什么是第四代半导体器件?

第四代半导体材料：以氧化镓(Ga2O3)为代表

作为新型的宽禁带半导体材料，氧化镓（Ga2O3）由于自身的优异性能，凭借其比第三代半导体材料SiC和GaN更宽的禁带，在紫外探测、高频功率器件等领域吸引了越来越多的关注和研究。

氧化镓是一种宽禁带半导体，禁带宽度Eg=4.9eV，其导电性能和发光特性良好，因此，其在光电子器件方面有广阔的应用前景，被用作于Ga基半导体材料的绝缘层，以及紫外线滤光片。

第四代半导体的发展背景

随着量子信息、人工智能等高新技术的发展，半导体新体系及其微电子等多功能器件技术也在更新迭代。虽然前三代半导体技术持续发展，但也已经逐渐呈现出无法满足新需求的问题，特别是难以同时满足高性能、低成本的要求。

此背景下，人们将目光开始转向拥有小体积、低功耗等优势的第四代半导体。第四代半导体具有优异的物理化学特性、良好的导电性以及发光性能，在功率半导体器件、紫外探测器、气体传感器以及光电子器件领域具有广阔的应用前景。

目前具有发展潜力成为第四代半导体技术的主要材料体系主要包括：窄带隙的锑化镓、铟化砷化合物半导体；超宽带隙的氧化物材料；其他各类低维材料如碳基纳米材料、二维原子晶体材料等。

作者 | 海怪

来源 | 脑极体（ID：unity007）

意法半导体、英飞凌、恩智浦三家半导体企业先后从其母公司独立或重组之后，直到今天，一直是撑起欧洲半导体产业面子的“三巨头”。

之所以被称为“三巨头”，是因为自1987年以来，三家几乎从未跌出全球半导体企业20强，虽然排名有调换，但都没掉队。当然也再没有新兴的欧洲半导体企业进入这个头部榜单。

如今，在全球半导体市场中，这三巨头主要选择了工业和 汽车 等B端芯片市场，而避开了竞争激烈的移动终端及电脑等消费级芯片市场。

这就让芯片产业之外的人很少有机会听到三巨头的名声，也自然很少了解这三巨头在全球芯片市场所扮演的角色，以及三家当下的竞争格局和未来可能的发展前景。

那么，三巨头之间有哪些纠葛和关联？各自有哪些优势？顺着这些问题我们接着讨论下去。

三巨头的并购“排位赛”

由于三巨头将市场都定位在B端芯片市场，三家各自的技术和产品自然有重叠，因此不可避免会出现激烈的竞争。而在近几年三巨头的发展过程中，大规模并购其他半导体企业和技术公司，成为能够快速赶超对手的“常规”手段。

在2018年，曾传出“英飞凌试图收购意法半导体”的消息，最后可能因为法国政府的阻挠而告吹。甚至早在2007年，还有“意法半导体要收购英飞凌”的传闻。可见三巨头相互之间觊觎对方已久。

而三巨头的关系中，英飞凌和恩智浦的竞争最为激烈，双方都在 汽车 半导体领域深耕多年，且排名接近。2015年，恩智浦以118亿美元的价格，收购了美国的飞思卡尔半导体（Freescale Semiconductor），成为当年的天价收购案。完成此次收购后，恩智浦成功进入全球半导体厂商前十的行列，成为全球最大的车用半导体制造商，并且成为车用半导体解决方案与通用微型控制器（MCU）的市场龙头。

经此一战，英飞凌虽然在 汽车 半导体市场略占下风，但也没有停止并购扩张的脚步。为巩固其在功率半导体的领先地位，英飞凌在2015年率先以30亿美元现金并购美国国际整流器公司；又在去年4月，宣布以100亿美元的价格完成对美国赛普拉斯半导体公司的收购。

赛普拉斯半导体的产品，包括微控制器、连接组件、软件系统以及高性能存储器等，与英飞凌当先的功率半导体、 汽车 微控制器、传感器以及安全解决方案，形成了高度的优势互补，双方将在ADAS/AD、物联网和5G移动基础设施等高增长应用领域，提供更先进的解决方案。

简单来说，英飞凌的目的仍然是要加强 汽车 半导体产品的实力，试图超越恩智浦的 汽车 半导体业务。此外，英飞凌在MCU、电源管理和传感器芯片方面超过或接近意法半导体。

去年几乎同时，恩智浦又以17.6亿美元收购美国美满电子（Marvell）的无线连接业务，主要产品线是Marvell的Wi-Fi和蓝牙等连接产品。通过这一收购，恩智浦可以更好补强其在工业和 汽车 领域的无线通信实力。

相比之下，过去几年意法半导体在并购市场的动作较少，但也并非没有。2016年8月，意法半导体宣布收购奥地利微电子公司(AMS)的NFC和RFID reader的所有资产，获得相关的所有专利、技术、产品以及业务，以强化其在安全微控制器解决方案的实力，在移动设备、穿戴式、金融、身份认证、工业化、自动化以及物联网等领域的发展提供技术支持。

在2019年的TOP15半导体市场排名中，来自欧洲的三家企业只能排在12-14位。恩智浦收购飞思卡尔的红利已经消失。而英飞凌收购赛普拉斯之后，两家营收加起来，会使得英飞凌大幅提升排名进到前十名当中。

从半导体产品形态来看，英飞凌、意法半导体和恩智浦，都是模拟芯片或模数混合芯片企业。从近几年的产业趋势来看，模拟芯片产业的集中度不断提高，而且模拟芯片企业的并购重组主要发生在美国和欧洲之间。从恩智浦和英飞凌收购的案例中，我们可以看到其对模拟和模数混合芯片厂商的并购，而且标的几乎全部来自美国。

一方面说明美国模拟芯片整体的数量和实力都很强，一方面也能看出全球模拟芯片企业发展进入一个相对稳定发展的阶段，如果想要打破平衡，取得快速发展，并购重组和强强联合就成为一个直接有效的手段。

不过值得注意的是，美国和欧洲直接模拟芯片企业的这种“内部消化”，正在进一步拉大欧美和亚洲之间在模拟芯片产业上的优势差距。

三巨头的守旧与拓新

为什么三巨头想要突破增长瓶颈，就必须依靠巨额收购来实现呢？

这实际上要跟模拟芯片产业的特点有关。与数字芯片要求快速更新迭代（摩尔定律）不同，模拟芯片产品使用周期较长，价格相对较低，其使用时间通常在10年以上，产品价格也较低。寻求高可靠性与低失真低功耗，核心在于电路设计，模拟芯片设计工艺特别依赖人工经验积累、研发周期长。

一旦某家企业在某类模拟芯片上建立其研发优势，那么其他竞争对手就很难在短时间内模仿或者超过，同时也因为下游客户对模拟芯片超高稳定性要求，一旦某些厂商建立其产品优势，其他竞争者也难以撼动其供应市场。所以，模拟芯片的产品与行业特点导致模拟芯片厂商存在寡头竞争特点。

德州仪器、亚德诺、意法半导体、英飞凌、恩智浦都是长期稳居全球TOP10的模拟芯片巨头，并且近几年，集中度还在进一步上升。近日，亚德诺高价完成美信的收购，甚至于有机会挑战第一名德州仪器的位置，而英飞凌对赛普拉斯的收购，也能让其排名大幅上升。

从产品线来看，三巨头都是老牌的IDM制造商，都拥有非常齐全的产品线，并且更加注重产品线工艺的稳步改进。

当然，恩智浦也想过拓展其他业务。2007年，恩智浦曾收购SiliconLabs蜂窝通信业务，发力移动业务市场，以及数字电视、机顶盒等家庭应用半导体市场，但短暂的出圈尝试不够成功。

因此，2007年起恩智浦很快将无线电话SoC业务、无线业务和家庭业务部门予以出售或剥离，并重新集中到飞利浦时代就确立的优势领域—— 汽车 电子和安全识别业务。2009年，恩智浦开始主要发力HPMS（高性能混合信号）产品，到2019年，包括 汽车 电子、安全识别相关业务的HPMS部门的营收占比超过了95%，产品线大幅度集中。

另外，恩智浦一直在大力推广以UWB、NFC等为代表的射频芯片业务。去年收购Marvell的无线连接业务正是致力于这一方向的表现。

英飞凌更重视其王牌业务板块——功率半导体产品。2016年，英飞凌尝试收购从美国Cree手中收购其Wolfspeed Power &RF部门（不过被美国CFIUS否决），其目的也是为了集中资源，加强其功率半导体业务。英飞凌拥有 汽车 电子、工业功率控制、电源管理及多元化市场、智能卡与安全等四大事业部。

（意法半导体2017Q2~2018Q2三大业务线营收及营业利润率）

相对于英飞凌和恩智浦，意法半导体在传感器业务上更加突出，特别是其MEMS技术，竞争力很强，也正是依托该优势技术，使得该公司在消费类电子、 汽车 ，以及工业传感器应用方面都有较强的竞争力。另外，意外半导体在 汽车 和分立器件、模拟器件以及微控制器和数字IC产品都有相当比例的市场表现。

早在十年以前，欧洲半导体产业就做出了自己的选择，那就是不在移动终端及PC市场寻求突破，而是专注于车用半导体和工业半导体两个细分市场。这一选择既有延续传统优势的考虑，又有对电动 汽车 及物联网这些新兴市场趋势的判断。

欧洲国家本身有良好的 汽车 工业和制造业基础，而欧洲半导体三巨头又在车用和工业半导体领域深耕多年，具备完整的设计、制造和封测的IDM体系，使得竞争对手短期内难以超越，这也是三巨头能够“守旧”的底气。

随着PC市场和移动终端市场红利期的结束，紧随5G网络普及而来的正是万物互联的物联网时代，智能电动 汽车 、无人驾驶、车联网、物联网等全新红利市场的到来，让欧洲半导体产业迎来新一轮增长周期。这是三巨头能够“拓新”的机遇。

从“守旧”中“拓新”，正是欧洲半导体产业能够继续赢得未来市场的不二法门。

三巨头的“中国红利”

由于欧洲半导体产业一直以来，无论是排名还是营收，其相对于美国和亚洲厂商来说，波动都非常小，但是未来又有一个稳定的增长预期。因此即便是三巨头如此大的体量，也成为美国半导体巨头试图并购的目标。

（虚线为2016年高通收购恩智浦流产后去除的390亿美元）

2016年，美国高通尝试以380亿美元收购恩智浦，成为当年金额最高的收购计划。当时恩智浦表示出浓厚的兴趣，但大幅提高了报价至440亿美元。高通同意了这一价格，并且收购案先后获得了美国、欧盟、韩国、日本、俄罗斯等全球八个主要监管部门同意。但在中国监管部门的反垄断审核期内，高通在其收购期内宣布放弃这些收购计划，并为此向恩智浦支付了20亿美元的“分手费”。

高通大力收购恩智浦的原因不难理解，那就是在5G发展可能受阻的情况下，获得恩智浦在 汽车 、物联网、网络融合、安全系统等领域的半导体技术优势，从而实现业务的互补和企业规模的飞跃。

不过，这场收购案中，有一个关键环节就是中国的反垄断审查。而事实上，无论恩智浦还是高通，中国都是最大的销售市场。假如两家强行完成并购，在未来仍有可能面临着我国的反垄断调查、限制甚至是处罚。

同样，对于恩智浦、英飞凌和意法半导体来说，中国既是三家最主要的销售市场，同时也是三巨头耕耘多年的新红利市场。

比如，恩智浦的众多业务早已在中国扎根。2019年汇顶 科技 以1.65亿美元收购NXP的音频应用解决方案业务（VAS），VAS可广泛应用智能手机、智能穿戴、IoT等领域。更早之前的2015年，建广资产与恩智浦宣布成立合资公司瑞能半导体，随后建广资产又以18亿美元巨资收购恩智浦的RF Power部门，成为中国资本首次对具有全球领先地位的国际资产、团队、技术专利和研发能力进行的并购。

2017年，由中资收购恩智浦标准产品业务而组建的安世半导体，已经在半导体细分市场上，取得二极管和晶体管排名第一， ESD保护器件排名第二，小信号MOSFET排名第二，逻辑器件仅次于德州仪器， 汽车 功率MOSFET仅次于英飞凌的名次。

意法半导体也早已在中国耕耘多年，特别是其STM32系列MCU，在中国有巨大的市场影响力。而英飞凌在与1998年已入华的赛普拉斯的整合之后，将获得更大的中国市场，并且英飞凌本身的功率器件在中国的销售也有巨大的增长空间。

在当下华为遭受美国在半导体方面的阻击之时，华为与英飞凌、意法半导体的合作，对于双方来说，都显得非常重要。

在我们完整地回顾完欧洲半导体产业的前世今生之后，如果用一个字来形容，那就是“稳”。

从欧洲半导体产业初兴之时，在各国政府主导下，几乎所有半导体产业都聚集在各国原本的工业巨头之下，享受产业政策的呵护。即使在世纪之交，半导体产业从体量臃肿的母公司独立出来，也仍然只诞生出三家身世优渥的半导体巨头。

而三巨头在发展过程中，其实又一次经历了从臃肿到精简，不断剥离非核心业务的过程。而此后的并购也主要集中在三家重点发展的产业方向，或者优势互补的产业方向上面。

这一切既源于欧洲大陆的传统工业基础优势的延续，又源于欧美亚洲在半导体产业格局上面的复杂博弈。欧洲半导体产业在利用自身传统产业优势的同时，也其实限制了突破传统桎梏的机会。不会像日韩、台湾地区和中国这样，利用人口红利和后发优势，最早从零开始，建立其各自的半导体特色优势。

这也是《圣经》里说的“当上帝关了这扇门，一定会为你打开另一扇门“的现实意义吧。下一篇，我们继续欧洲半导体的回顾，探寻从荷兰飞利浦诞生的一个制造业的奇迹——荷兰光刻机公司ASML。

【大比特导读】5G通讯，对于我们普通人而言，是个既熟悉又陌生的词组。它是被各大媒体争先报道的对象，也是中美经贸摩擦的重点问题，更是全球数字化进程下的基础建设，而通信行业在搭建5G网络的过程中，自然是少不了使用大量的半导体材料以及相关器件。

5G通讯，对于我们普通人而言，是个既熟悉又陌生的词组。它是被各大媒体争先报道的对象，也是中美经贸摩擦的重点问题，更是全球数字化进程下的基础建设，5G似乎正以一种比以往任何一场通讯革命都更猛烈的方式，进入我们的生活当中。

尽管目前各路运营商们对于5G通讯实际的情况理解都各不相同，但唯一可以确认的是我们使用的网络性能将会得到大幅度提升，并引领我们迈向一个过去不敢想象的世界。

“新基建”政策东风

新型基础设施建设，简称“新基建”，指以5G、人工智能、数据中心、工业互联网、物联网为代表的新型基础设施建设，本质上是数字化的基础设施。

随着国内疫情情况不断向好，居于新基建首要位置的5G产业也正在为中国经济发展注入新活力。近期，工信部相继发布5G+工业互联网的512工程，关于推动5G加快发展的通知等政策。相关政策将凝聚了数字转型共识，加速5G与经济 社会 各领域融合发展的步伐，特别是在行业应用领域，智慧医疗、新闻媒体、智慧城市、车联网和工业互联网等领域的应用占比接近10%，已成为5G新兴应用领域。

5G基站现状如何?

中国是目前全球5G商用网络规模最大的国家。截止目前，据工业和信息化部信息通信发展司司长、新闻发言人闻库介绍，每一周平均新开通的5G基站都超过1.5万个，到6月底，3家企业在全国已建设开通的5G基站超过了40万个。

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另外，5G开放式小基站建设也能满足垂直行业应用的多样化需求，催生更加丰富的建网模式。

目前已有197款5G终端拿到了入网许可，今年5G手机出货量达8623部，截至6月底有6600万部终端连入网络。

这里需要注意的是，由于5G具备三大典型的应用场景增强型移动宽带(eMBB)、大连接物联网(mMTC)与低时延、高可靠通信(uRLLC)。针对这三大应用场景，基站的建设需要结合实际情况而制定方案，并与以往4G基站建设有较大的出入。

正因为该三大典型应用场景，超可靠低延迟通信对于5G的发展来说才有了非同寻常的意义。近日，国际标准组织3GPP宣布R16标准正式冻结，也就意味着5G走入万物互联的阶段可算是奠定了基础。其中最大的体现就是，不管是工业场景还是自动驾驶的 汽车 等，都不允许通信产业中断或者延迟，否则后果难以设想。

5G传感器应用场景联接

其实我们不妨设想一下，当我们生活中的机器有足够多的5G应用类传感器时，我们就可以监控它，并由该机器的电子系统自主学习应用程序，知会我们什么时候需要维修或者更换部件、 *** 作系统等。以航空飞机为例，当飞机行驶一定行程后，系统会即时显示飞机内部部件的磨损迹象，在飞机着陆的那一刻，备用零件就已经准备就绪，或有人会进行精准替换。

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另外，在工业自动化领域也是需要对于价值高昂的设备进行实时监控与维护，所以能够快速接受并处理海量数据的5G应用类传感器就显得不可或缺。

在近期，GSMA举办的新基建与企业数字化论坛上，华为无线网络首席营销官甘斌就对于5G应用场景联接提出了他的看法，甘斌表示，首先，基于大带宽、低时延能力，5G网络将数百亿终端产生的海量数据实时上传到云，为云端人工智能运算提供无穷算据，并实时进行运算和处理，缩短了训练周期。其次，云端的算力应用到终端，可减少终端对本地运算能力的要求，降低终端的成本，解锁终端的资源限制，并提升用户体验。

半导体行业下一波增长趋势

5G通讯网络的建设对应的是通信行业，而通信行业在搭建5G网络的过程中，自然是少不了使用大量的半导体材料以及相关器件，甚至到了未来建设中后期，诸多应用将可以在5G网络上实现，包括物联网、人工智能、大数据、云计算、智能家居、智能驾驶等等，当这些应用接入5G通信网络的时候，更是需要有强大性能的半导体芯片支撑。

根据韩国电子和电信研究院预计，今年5G网络设备的全球市场规模将在378亿美元(约合人民币2647.25亿元)左右，并且由于“到2024年5G将覆盖全球40%以上的人口”，上述5G网络投资数字还将继续增长。

另外，SIA在本周发布的全球芯片行业年度调查中表示，全球半导体市场的年销售额接近5000亿美元。尽管最近有所下降，但通信和计算驱动着上升趋势，预计5G无线和机器学习等新兴技术将扭转当前的下滑趋势。并且，在《世界半导体贸易统计》(WSTS)预测中2021年全球芯片销售将以每年6.2%的速度 健康 增长。

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可见，随着5G技术商用的全面展开，对于半导体等智能芯片制造行业的需求缺口将得到不断扩充，并在该些领域提供了未来新兴发展方向，推动 科技 的升级与迭代。

例如在智能家居：在计算回家距离时，就已经会将室内温度调节到舒适状态，客厅的交互界面会显示时间、天气、室内设备运作情况等等。对此，晶讯软件华南区区域销售经理刘洋表示，5G技术对于智慧生活是一次质的提升，无感式控制联合的半导体芯片器件则能使用户真正感受到智能交互的魅力。

而在智能驾驶：5G技术已经为信息交互和 汽车 革新等新型发展趋势提供了应用方向，而且整车的电子元器件比重逐步也在提升，减少车辆系统损耗以及提高系统效率的技术更是迭代更新。由于5G网络使云端系统与车辆之间或车辆状况进行更为频繁的信息交互，通过减少人为干预，提供更优质的车辆驾乘体验，实现即刻反馈的机制，那么这就对通讯技术和半导体器件有着性能升级的要求，而在半导体功率器件方面，降低损耗的技术趋势则是关键。

对此，PI区域大功率市场应用工程师王强认为，首先减少系统的损耗是一个系统的工程，它包括电机、电驱动以及变速箱三个组件的损耗，最主要的就是在电控部分，目前由于很多厂商开始应用新的技术器件，例如有碳化硅、氮化镓材料助力，因此能一定程度上缩小体积，从而提高系统效率。

总之，5G通讯技术让我们意识到，在这个万物互联的时代里，技术上的挑战往往都伴随着不同工艺技术、不同材料品质、不同功能优化之间的多样整合，创新及创造高价值的终端应用产品是主要趋势。

国产替代的前半场

值得一提的是，目前受华为事件影响，国内在众多领域的龙头厂商都在加快国产半导体投入的节奏，国产替代也会成为未来几年国内半导体发展的主线。尤其是5G通讯被视为一系列最高级技术的大荟萃，这就让国产芯片设计变得更加困难，而且在芯片的灵活性、可编程性等功能有着更严苛的要求。

那么如何制定总体方案、确定技术路线，选择基础平台，搭建开发环境、决定流片工艺等等，都是国内半导体企业行动前值得考虑的问题。毕竟在5G技术影响下的国产替代前半场中，如通信基站、传感器、芯片、电源设备等元器件需求都得到集中式爆发阶段，据中国信通院预测，预计到2025年5G网络建设投资累计将达到1.2万亿元。此外，5G网络建设还将带动产业链上下游以及各行业应用投资，预计到2025年将累计带动超过3.5万亿元投资。

当中我们还需要注意得是，5G网络的的投入使用是要与大数据、物联网、云计算等层面深度融合，才能真正使5G通讯发挥实打实的作用。根据全球移动通信系统协会预测,到2025年,各大领域接入5G网络并实现互连的设备将达250亿。

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由此可见，在这庞大的市场规模背后，是亟需国产半导体器件的技术支持。易良盛 科技 (天津)有限公司研发总监许宏彦表示，相比国外半导体器件供应商，国内厂商最大的特点就是物美价廉、供货稳定、服务周到，并且通过这些年的技术积累及国内半导体工艺的成熟，国产替代的产品现在不但做到了价格便宜，质量方面也毫不逊色，甚至在借助后发优势，国产元器件在某些参数上已经超越国外品牌产品。

总的来说，随着5G通讯技术应用，各领域的国产替代会逐渐走向成熟阶段，将持续为中国经济提供动力基础，并将推动国内半导体在技术领域和应用领域的不断进步。

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