Согласно отчету консалтинговой компании TrendForce, как показывают проекты сотрудничества Anson, Infineon и других компаний с производителями автомобилей и энергоносителей, общий объем рынка силовых компонентов на основе SiC в 2023 году достигнет 2,28 млрд долларов США (по данным IT Home Note: около 15,869 млрд юаней), что на 41,4% больше, чем годом ранее.
Согласно отчету, к полупроводникам третьего поколения относятся карбид кремния (SiC) и нитрид галлия (GaN), причем на SiC приходится 80% от общей стоимости выпускаемой продукции. SiC подходит для применения в условиях высокого напряжения и высоких токов, что может дополнительно повысить эффективность электромобилей и систем оборудования для возобновляемой энергетики.
Согласно данным TrendForce, двумя основными областями применения силовых компонентов на основе SiC являются электромобили и возобновляемая энергетика, объем которых в 2022 году достиг 1,09 млрд и 210 млн долларов соответственно (в настоящее время около 7,586 млрд юаней). На них приходится 67,4% и 13,1% от общего рынка силовых компонентов на основе SiC.
Согласно данным консалтинговой компании TrendForce, ожидается, что к 2026 году рынок силовых компонентов на основе SiC достигнет 5,33 млрд долларов США (в настоящее время около 37,097 млрд юаней). Основные области применения по-прежнему зависят от электромобилей и возобновляемой энергии: объем производства электромобилей достиг 3,98 млрд долларов США (в настоящее время около 27,701 млрд юаней), среднегодовой темп роста составляет около 38%; объем рынка возобновляемой энергии достиг 410 млн долларов США (в настоящее время около 2,854 млрд юаней), среднегодовой темп роста составляет около 19%.
Компания Tesla не отпугнула операторов SiC.
Рост рынка карбида кремния (SiC) за последние пять лет во многом зависел от Tesla, первого производителя оригинального оборудования, использовавшего этот материал в электромобилях, и крупнейшего покупателя на сегодняшний день. Поэтому, когда компания недавно объявила о том, что нашла способ сократить количество SiC, используемого в ее будущих силовых модулях, на 75 процентов, в отрасли началась паника, и запасы у основных игроков сократились.
Сокращение на 75 процентов звучит тревожно, особенно без достаточного контекста, но за этим объявлением стоит ряд потенциальных сценариев, ни один из которых не предполагает резкого снижения спроса на материалы или на рынок в целом.
Сценарий 1: Меньшее количество устройств
Инвертор на 48 чипах в Tesla Model 3 основан на самых инновационных технологиях, доступных на момент разработки (2017 год). Однако по мере развития экосистемы SiC появляется возможность расширить возможности SiC-подложек за счет более совершенных системных решений с более высокой степенью интеграции. Хотя маловероятно, что одна технология позволит сократить использование SiC на 75%, различные достижения в области упаковки, охлаждения (например, двухстороннее и жидкостное охлаждение) и канальной архитектуры устройств могут привести к созданию более компактных и высокопроизводительных устройств. Tesla, несомненно, изучит такую возможность, и цифра в 75%, вероятно, относится к высокоинтегрированной конструкции инвертора, которая сокращает количество используемых кристаллов с 48 до 12. Однако, если это так, это не эквивалентно такому значительному сокращению использования SiC-материалов, как предполагалось.
Между тем, другие производители, выпускающие автомобили с напряжением 800 В в 2023-2024 годах, по-прежнему будут полагаться на SiC, который является лучшим кандидатом для устройств с высокой мощностью и высоким напряжением в этом сегменте. В результате производители могут не ощутить краткосрочного влияния на распространение SiC.
Эта ситуация подчеркивает сдвиг в фокусе автомобильного рынка SiC от сырья к оборудованию и системной интеграции. Силовые модули теперь играют жизненно важную роль в повышении общей стоимости и производительности, и все основные игроки на рынке SiC имеют собственные подразделения по производству силовых модулей с собственными возможностями по их упаковке – включая onsemi, STMicroelectronics и Infineon. Wolfspeed теперь расширяет свою деятельность за пределы сырья, переходя к производству устройств.
Сценарий 2: Малогабаритные транспортные средства с низким энергопотреблением
Компания Tesla работает над новой моделью начального уровня, чтобы упростить использование своих автомобилей. Model 2 или Model Q будут дешевле и компактнее, чем нынешние модели, а более компактные автомобили с меньшим количеством функций не будут нуждаться в таком большом количестве SiC для питания. Однако существующие модели, вероятно, сохранят ту же конструкцию и по-прежнему будут требовать большого количества SiC в целом.
Несмотря на все свои достоинства, карбид кремния — дорогой материал, и многие производители выразили желание снизить затраты. Теперь, когда Tesla, крупнейший производитель в этой области, прокомментировала цены, это может оказать давление на независимых производителей, заставив их снизить затраты. Может ли объявление Tesla быть стратегией по продвижению более конкурентоспособных решений? Будет интересно посмотреть, как отреагирует отрасль в ближайшие недели/месяцы…
Автопроизводители используют различные стратегии для снижения затрат, например, закупают подложки у разных поставщиков, расширяют производство за счет увеличения мощностей и переходят на пластины большего диаметра (6 и 8 дюймов). Усиление давления, вероятно, ускорит процесс обучения для участников всей цепочки поставок в этой области. Кроме того, рост цен может сделать SiC более доступным не только для других автопроизводителей, но и для других областей применения, что может еще больше стимулировать его внедрение.
Сценарий 3: Заменить SIC другими материалами.
Аналитики Yole Intelligence внимательно следят за другими технологиями, которые могут составить конкуренцию SiC в электромобилях. Например, рифленый SiC обеспечивает более высокую удельную мощность — увидим ли мы его замену плоскому SiC в будущем?
К 2023 году кремниевые IGBT-транзисторы будут использоваться в инверторах для электромобилей и занимают прочные позиции в отрасли с точки зрения мощности и стоимости. Производители продолжают улучшать характеристики, и эта подложка может продемонстрировать потенциал маломощной модели, упомянутой во втором сценарии, что упрощает масштабирование производства в больших объемах. Возможно, карбид кремния будет зарезервирован для более совершенных и мощных автомобилей Tesla.
Технология GaN-on-Si демонстрирует огромный потенциал на автомобильном рынке, но аналитики рассматривают её как долгосрочный вариант (более 5 лет в традиционных инверторах). Хотя в отрасли и ведутся дискуссии о GaN, потребность Tesla в снижении затрат и масштабировании производства делает маловероятным переход компании на гораздо более новый и менее зрелый материал, чем SiC, в будущем. Но сможет ли Tesla сделать смелый шаг и первой внедрить этот инновационный материал? Время покажет.
Объемы поставок полупроводниковых пластин немного изменились, но могут появиться новые рынки сбыта.
Хотя стремление к большей интеграции окажет незначительное влияние на рынок устройств, оно может повлиять на поставки кремниевых пластин. Хотя это влияние не будет столь значительным, как многие первоначально предполагали, каждый из сценариев предсказывает снижение спроса на SiC, что может повлиять на полупроводниковые компании.
Однако это может увеличить поставки материалов на другие рынки, которые росли вместе с автомобильным рынком в течение последних пяти лет. Автомобильная промышленность ожидает значительного роста всех отраслей в ближайшие годы — почти исключительно благодаря снижению затрат и расширению доступа к материалам.
Заявление Tesla вызвало шок в отрасли, но, если задуматься, перспективы SiC остаются очень позитивными. Куда Tesla двинется дальше — и как отреагирует и адаптируется отрасль? Это заслуживает нашего внимания.
Дата публикации: 27 марта 2023 г.