1、集微站上汽车电动化的浪尖GaN和SiC将是汽车功率器件的最大赢家
2、普迪飞半导体：晶圆上的大数据挑战正成为下一道竞争前线
3、经历超级反弹的CIS扩产和汽车将是未来的关键词
4、外媒：格芯有意在德国扩产，或引爆与台积电、英特尔补贴争夺大战
5、硬件和软件的“炼金术”！英特尔发布重大技术架构创新进展
6、路透：美国参议员致信台湾敦促就汽车芯片短缺问题提供更多帮助
7、虚拟的元宇宙，真实的英伟达平台化野心
8、近万中国网民联署要求加拿大释放孟晚舟！
1、集微站上汽车电动化的浪尖GaN和SiC将是汽车功率器件的最大赢家
集微-第三代半导体材料即将进入爆发前的市场拐点；-SiC和GaN将能应对未来电动汽车的技术挑战；-继SiC之后，GaN也将在汽车领域迎来爆发；-SiC与GaN将在电动汽车市场形成互补式发展格局。跨过了量产鸿沟的第三代半导体材料已经进入了产业发展的快车道。未来3-5年将是其发展的关键时期，新能源汽车、消费电子、5G通信将会大量出现应用第三代半导体材料的产品。其中，以电动力为主的新能源汽车在节能减碳考量和各国*策的激励下，正以超乎市场预期的速度成长，结合汽车本身的“新四化”需求，将带动第三代半导体材料的技术迭代和产能扩张的速度激增，成为驱动市场整体增长的强劲动力。第三代半导体材料即将进入拐点以碳化硅（SiC）和氮化镓（GaN）为代表的宽禁带化合物半导体被称为第三代半导体。相比于以硅（Si）、锗（Ge）为代表的第一代半导体材料，以砷化镓（GaAs）、锑化铟（InSb）、磷化铟（InP）为代表的第二代半导体材料，第三代半导体材料在高温、高耐压等多个方面具备明显的优势，因而更适合于制作高温、高频及高功率器件。SiC和GaN的功率和频率表现（图源：网络）光电子器件、电力电子器件（功率半导体）和微波射频器件是第三代半导体应用的三大领域，其中，在功率半导体应用中的市场增幅居首。这是因为SiC和GaN都具有较低的导通电阻，极大地降低了器件的导通损耗；同时其高电子饱和速率和电子迁移率还能提高器件的开关速度，从而降低电力电子器件的开关损耗，提高了转换效率。SiC和GaN可以工作在较高的频率下，高开关频率还有助于将电容器和电感器的值减少约75％，显著降低了无源和滤波元器件的成本，从而抵消了开关器件的较高成本。同时，第三代半导体功率器件拥有更高的功率密度，也大幅度降低了电路的规模、体积和重量。随着SiC、GaN器件产业化进程的加速，基于SiC和GaN的高性能、高能效功率系统设计不仅性能高于硅基器件，且成本也在不断降低，逐渐接近企业的价格甜蜜点。据CASA近期的调研，SiC、GaN产品的价格近几年来快速下降，较年下降了50%以上，而主流产品与Si产品的价差也在持续缩小，已经基本达到4倍以内，部分产品已经缩小至2倍，已经达到了甜蜜点，将加速向市场渗透。Omdia发布的《年SiC和GaN功率半导体报告》表示，SiC和GaN功率半导体的销售收入，从年的5.71亿美元增至年底的8.54亿美元。未来十年的市场收入将以两位数增长，到年超过50亿美元。SiC和GaN功率半导体的增长趋势（图源：Omdia）从Omdia数据可以看出，年是市场发展的拐点，之后的市场将以接近50%的整体速率增长。汽车将成为SiC和GaN的广阔天地电动汽车对功率半导体需求量十分巨大，其主动力与各子系统都要依赖电力来运作。同时，电动汽车还在发生着用电气系统来取代机械系统的转变，如真空或气动控制向电子控制模组(ECM)转移，线控驱动(DbW)系统向高功率机电执行器转移等。所有这些新系统的推出，大幅增加了功率半导体使用的数量，如继续使用传统的硅基器件则意味着更多的重量和更高的成本。在电动汽车集成化、平台化、轻量化等趋势下，唯有第三代半导体材料可化解这种挑战。数据显示，传统油车中，每辆车中的功率器件价值约71美元，仅占燃油汽车车用半导体器件总价值的21%；而在电动汽车（EV/HEV）中，每辆车中的功率器件价值在美元左右，占到了电动车车用半导体器件总价的55%以上。SiC的耐高压特性使其非常适合电动汽车的应用，其未来主要的增长都将来自这一领域。据Omdia预测，汽车市场将在年SiC器件总市场中占据超过50%的份额。GaN在这个领域的潜力也同样不可小觑，V以下将会是其未来的领地。1、SiC在电动汽车中的应用-优势SiC拥有高度稳定的晶体结构，工作温度可达℃；击穿场强是Si的10倍多，因此阻断电压更高；导通损耗比硅器件小很多，而且随温度变化很小；热导系数几乎是硅材料的2.5倍，饱和电子漂移率是Si的2倍，所以能在更高的频率下工作。在相同功率等级下，全SiC模块的封装尺寸显著小于Si模块，同时也可以使开关损耗降低75%。在相同封装下，全SiC模块具备更高的电流输出能力，支持逆变器达到更高功率。根据三菱电机的研究，SiC的功率损耗较IGBT下降了87%。结合功率半导体在整车中的能量损耗占比数据可以得出，仅仅是将IGBT替换为SiC，就可提高整车续航里程10%左右。-市场规模-年SiC市场演变（图源：Yole）按照Yole公布的数据，电动汽车（xEV，包括混动）在SiC整体应用的份额将从年的27%增加到年的49%。而据CASA的预计，国内SiC汽车市场也将以30.6%的复合年增长率增长，年市场规模15.8亿元，到年将超过45亿元。折算成晶圆，国内年新能源汽车市场6英寸SiC晶圆需求量超过4万片，预计到年需求量将增长到近30万片。国际年新能源汽车市场6英寸SiC晶圆需求量超过5万片，到年需求量超过60万片。-应用场景SiC在电动汽车中的主要应用场景包括了牵引逆变器（TractionInverter）和车载充电设备（OBC）和车载DC/DC转换器。电动车中，逆变器和电机取代了传统发动机的角色，因此逆变器的设计和效率直接影响着电机的功率输出表现和电动车的续航能力。由于SiC的优异特性，围绕SiCMOSFET进一步提高车用逆变器功率密度，降低电机驱动系统重量及成本，成为各车企的布局重点。下图列举了SiC在牵引逆变器中的应用进展情况。从图中可以看出，年是市场发展的拐点，SiC器件应用量接近于年的2倍。SiC在OBC中已经得到较为广泛的运用，目前有超过20家汽车厂商在OBC中使用SiC器件，随着车载充电机功率的提高，碳化硅方案也由二极管向“二极管+SICMOS”演进；DC/DC转换器上从年开始从Si基MOS转向SiCMOS方案。2、GaN在汽车中的应用-优势相比于Si和SiC，GaN有其性能上的独特优势：一、GaN的低栅极电容可在硬开关期间实现更快的导通和关断，从而减少了交叉功率损耗。二、GaN的低输出电容可在软开关期间实现快速的漏源转换，在低负载（磁化）电流下尤其如此。借助这些器件，设计人员可以使用较小的死区时间和低磁化电流，而它们对于增加频率和减少循环功率损耗必不可少。三、与Si和SiC电源MOSFET不同，GaN晶体管结构中本身没有体二极管，因此没有反向恢复损耗。这使得图腾柱无桥功率因数校正等新型高效架构可以在数千瓦时变得可行，这在以前使用硅器件时是无法实现的。以TeslaModelS为例，相比传统的SiIGBT牵引逆变器，GaN逆变器续航能力增加了6-10％，而且GaN解决方案将冷却系统尺寸减小了40％。-市场规模根据Yole的预测，GaN在汽车领域将实现快速发展，到年的复合增长率达到%。年GaN在这一领域的营收的营收仅30万美元（约万人民币），预计年将超过1.55亿美元（约10亿人民币），约为年的倍。GaN在汽车领域中的增长情况（图源：Yole）不过，产业人士认为这个数字有些保守，实际情况应该更好。GaNSystems首席执行官JimWitham则估算，目前GaN全球市场的规模约为80亿美元（约亿人民币），到年将增长到亿美元（约亿人民币），其中60亿美元（约亿人民币）将来自电动汽车。-应用场景GaN在电动汽车中的主要应用（图源：EPC）按照EPC公司的介绍，GaN在电动汽车的应用主要包括48V-12V电源转换系统、激光雷达、电机驱动和车载信息娱乐系统。基于GaN技术的48V车用总线系统可提高效率、缩小尺寸和降低系统成本。以3kW多相降压转换器为例，GaN器件的解决方案可以高效地在每相kHz下工作，而基于传统MOSFET器件的解决方案的工作频率为每相kHz。较高的工作频率可实现较小的电感值和较小的电感直流阻抗，因此基于GaN器件的解决方案可实现更小的功耗和尺寸。商用GaNFET可以做到用极短脉冲宽度的大电流来驱动激光器。较短的脉宽可以实现更高的分辨率，而更高的脉冲电流可以让激光雷达系统看得更远。这两个特性加上超小尺寸的优势，使GaNFET成为了激光雷达应用的理想驱动器件。基于GaN器件的48V车用电机优势明显，包括缩小电机尺寸和重量，在高于可听频谱频率下高效的工作，具有更强的转矩和更高的效率，从而实现更长的电池续航时间。新型的车载信息娱乐系统对车辆的整体功率系统要求更高。同时，仪表板监测器给这些附加电源系统的空间非常有限，不仅需要高很多的功率，还会产生更高的热量。而GaN器件具有非常低的QGD和整体开关损耗，从而大大提升效率和更容易管理散热问题。-进展在PCIMEurope上，GaNSystems首席执行官JimWitham介绍了一款All-GaN（全氮化镓）汽车，采用可再生能源的太阳能蓄电池，证明了GaN在汽车功率转换方面的可行性，同时也证明了GaN适合所有需要更高电压、频率、温度和效率的应用。年4月，安世推出第二代V功率GaNFET器件系列。这些产品使得安世得以进入高压应用领域，比如电动汽车。同时，安世半导体还开发出V高压的GaN车载产品，且未来还有针对V产品的计划，这打破了GaN仅适用于中低压产品的传统思维。总结在当前的市场中，汽车电子功率器件区块采用SiC技术的比重将超过20%，而GaN器件在各类电动车(xEV)市场的渗透率在未来几年仍占极少数。即使目前GaN在电动车的应用上相对来说成熟度仍不足，不过，待其克服技术以及商用上的挑战后，48VDC/DC可望在中长期成为GaN一个有潜力的应用领域。所以，SiC与GaN虽皆为宽禁带半导体，其特性却有所不同。针对电动汽车市场未来的发展方向，两者将各有其适合的应用范围，未来将有一个互补发展的局面。2、普迪飞半导体：晶圆上的大数据挑战正成为下一道竞争前线数据密集带来的挑战在一片晶圆上就足以体现。从IC设计、制造到封测，一片晶圆要经历成千上百道工序，每一道工序都会产生大量数据。这些海量数据在半导体工厂追溯问题、提升良率上承担着越来越重要的角色。然而，半导体公司做数据分析异常艰难，因为半导体产业链极其长且高度细分，每一个环节都是由一大批专业的公司在做。这就意味着，小小一片晶圆上的数据要串联起来，面临着诸多实际困难。这是实现半导体工业4.0第一步要解决的问题。“目前，传统半导体数据分析的现状是几乎90%的时间花在前期的数据清洗和数据整合上。”普迪飞半导体高级应用总监EdwardYang对集微网指出。Edward曾就职于苹果、恩智浦和罗克韦尔等领先公司，拥有20多年的行业经验。目前他在普迪飞负责ExensioAnalyticsPlatform的全球应用工程团队。作为新生产力的数据，能为半导体产业带来什么价值？良率是半导体产业最重要的核心要素，它是芯片从实验室阶段到量产的重要衡量标准。与此同时，从经济学角度上看，芯片良率更与整体成本密切相关。对于芯片企业来说，芯片良率直接反映了所投放的芯片可出售比例，因此也直接影响芯片制造成本，这也是半导体厂商如此重视良率的原因。半导体材料厂商Entegris执行副总裁及首席运营官ToddEdlund就曾在接受媒体采访时简单算过一笔账：对于3DNAND晶圆厂而言，1%的良率提高可能意味着每年1.1亿美元的净利润；而对于尖端的逻辑晶圆厂而言，1%的良率提升意味着1.5亿美元的净利润。与此同时，伴随着终端智能化应用的爆发性增长，半导体芯片在全球范围内对各个行业的重要程度逐年递增，它在产品中所占的比重越来越大，对可靠性也提出了越来越高的要求。在半导体先进制程不断向前的当下，良率问题已经不单单是晶圆厂的技术能力问题。其中数据的价值正日益凸显，因为从芯片设计到晶圆制造，再到封装、测试、PCB模板，然后做成产品进入到实际应用场景，任何一个环节出现问题都可能影响最终的良率。然而，作为所有尖端技术基础的半导体产业，在挖掘数据价值，为产业发展提供有效洞察力的方面却并不超前。数据密集型的半导体产业正在经历着技术和应用的飞速发展，面临着大数据挑战。具体来看，芯片设计和制造决定良率，封装测试决定产品最终的合格率。而良率还需要细分为wafer良率、Die良率和封测良率，总良率则是这三者的乘积。影响芯片良率的因素复杂多样，一般而言设计越复杂、工艺步骤越多、制程偏移率越大，芯片良率越低，同时环境因素（常见的环境因素包括尘埃、湿度、温度和光照亮度）也会对良率造成一定的影响。其中，影响最大的包括wafer尺寸、环境因素和技术成熟度。在整个生产过程中会造成晶圆缺陷的原因有很多，可能是环境、设备、工艺问题，也可能是原材料或人员因素等。Edward指出：“如果产品出现了问题，你要第一时间知道是哪个环节出问题，整个半导体产业都需要重新审视这个问题，并引入更多有效的手段和工具。”在半导体先进工艺节点上，尤其下探到7nm、5nm时，随着工艺复杂度的提升，很多缺陷已不在晶圆表面上，而是埋在里面，这就使得在研发和量产时监控缺陷问题变得十分困难。因而提升良率除了从技术上调整之外，通过端到端全产业链的数据分析显得尤为关键。从某种意义上来讲，这种挖掘数据价值从而实现提升半导体产业良率的方式，甚至可以被视为摩尔定律的另一种延续。一片晶圆上的数据价值如何挖掘？那么，如何把一片晶圆上密集的数据价值挖掘出来，从而对半导体设计、生产、封装、测试以及应用等各个环节提出有效的提升方案？这些对半导体企业而言实际操作起来并不容易。除了庞大的数据量外，Edward指出，半导体行业进行大数据分析的一大问题是，半导体大数据种类繁多，这也给数据分析带来难度。“一片晶圆上包含了从IC设计到制造再到封装测试的各种数据，且每个环节的数据形式也不一样，分析的方法也不一样，如果不能好好整理的话，数据就杂乱无章，要去做一些问题的追溯，找出提升良率的解决方案就变得非常困难。”Edward进一步指出，要实现覆盖半导体全产业链的数据分析，遇到的首要问题就是要如何实现这些数据格式标准化管理，比如从晶圆厂中把数据送到后续的测试厂，如何让数据格式实现标准化的通行方式，同时工业领域里又有ERP、MES等各类工业软件系统，这之间也存在数据格式如何实现标准化的问题，这些都是半导体行业实施工业4.0智能制造的关键点，也是半导体厂商在面对数据分析时的最大痛点。普迪飞推出的半导体大数据平台Exensio平台就是为此而生的。它整合了全产业链的大数据，包括对数据进行清洗以及分析的功能，服务于产业链上的各类公司。在半导体产业链垂直深耕20多年的普迪飞半导体，是唯一一家打通了整个半导体产业链，实现产业链端到端全覆盖的半导体大数据分析公司。Edward介绍，Exensio平台是一套半导体供应链大数据分析基础设施。如果将整个产业链大致分为设计、制造及封测三大板块，根据每一个环节的特性，Exensio平台都有相对应的产品模块以供选择。具体来看，该平台包含了用于半导体生产缺陷侦测与分类模块（FaultDetectionandClassification,Exensio-ProcessControl）、产品测试优化模块（Exensio-TestOperations）、半导体良率管理系统模块（Exensio-ManufacturingAnalytics）与封装优化模块(Exensio–AssemblyOperations)等，覆盖从IC设计、晶圆制造，到封装和测试等的半导体全产业链。值得一提的是，普迪飞独有的CV（characterizationvehicle）良率提升方法，不仅可以对工艺和产品特性提供针对性的设计，还可以通过灵活的工艺流程缩短监测的周期。整个系统包括高分辨的设计结构、高速并行的测试机台以及高效的良率分析软件。而在此之前，传统工艺技术采用导入工艺器件检测结构的方式来实现，如采用SRAM测试芯片来监测、诊断良率，但这种方法不够全面且周期很长。迄今，普迪飞已经提供了多种10nm及以下的CV测试芯片。特别是CVi系统提供的大量的器件表征数据结合ExensioPlatform中的数据分析功能，可以建立精确的、针对特定产品的性能模型，以实现针对特定产品的最佳工艺设置，从而最大程度地提高制造可靠性和可预测性。连接全产业链的数据这种全产业链数据分析的价值不止于此，Edward指出，更为重要的是，通过这样一个连通全产业链的数据平台，原本独立分工的各个产业链环节实现数据层面的互联。这种互联不仅仅只是设备之间的，同时也将各个环节的半导体工程师与所有的芯片生产、封装、测试设备连接起来，为设计和制造提供重要的回馈，有助于降低各项成本、提高性能和良率。去年，普迪飞半导体与爱德万测试宣布建立合作伙伴关系，双方以普迪飞的Exensio软件分析平台为基础，建立由Exensio驱动的爱德万测试云(AdvantestCloud)，供爱德万公司内部和外部客户使用。通过这一合作，能为半导体工程师连接起横跨半导体价值链的自动化测试设备(AutomatedTestEquipment,ATE)，推动重要设计并产生制造分析，藉此降低测试成本、提升效能。全球前十大的半导体企业都是普迪飞的客户。迄今为止，在IC设计部分，普迪飞的FireEngine软件分析了亿个晶体管的版图结构；在晶圆制造环节，全球超过24,台芯片生产设备通过其提供的生产监控软件进行连接；在封装测试部分，全球超过15个头部封测服务供应商的工厂数据与该平台对接，超过16,台测试机和封装设备通过其监控整个运营情况的软件相连接。值得一提的是，普迪飞也同样
