2018年夏天，伴隨特斯拉Model 3開始交付，全球范圍內(nèi)掀起了一股拆解Model 3的熱潮。華爾街分析師們順藤摸瓜，摸到一家名叫CREE（科銳）的小公司。

CREE成立于1987年，早在1993年就上市，但在巨人林立的半導(dǎo)體從產(chǎn)業(yè)長期缺乏存在感。隨著Model 3的上市交付，產(chǎn)業(yè)界驚訝地發(fā)現(xiàn)，這家年收入不到4億美元的小公司牢牢掐住了新能源車的命脈——碳化硅。

同一時期，研究機(jī)構(gòu)Munro&Associates發(fā)布Model 3拆解報告，第一次揭開了碳化硅的廬山真面目。

在Model 3的動力輸出核心部件逆變器中，特斯拉把傳統(tǒng)的硅材料換成了碳化硅，總重量僅為4.8kg，不到競品的一半（日產(chǎn)聆風(fēng)為11.15kg）[1]，耐高壓、低損耗，困擾業(yè)界的諸多難題一次性解決。

Model 3逆變器中的碳化硅MOSFET

但在當(dāng)時，全世界60%的碳化硅晶圓產(chǎn)能都掌握在CREE手里，下游的半導(dǎo)體公司只能排隊找CREE預(yù)訂產(chǎn)能。

正所謂酒壯慫人膽，CREE一不做二不休，賣光了跟半導(dǎo)體無關(guān)的所有業(yè)務(wù)，并更名為Wolfspeed，決定All in碳化硅。但轉(zhuǎn)型之路難言順利，好消息是短短三年股價就挪動了兩個小數(shù)點(diǎn)，壞消息是往左挪動的——從130美元到1.3美元。

事實(shí)證明，天上確實(shí)會掉餡餅，但偶爾也會砸死人。

丑小鴨變白天鵝

從生產(chǎn)第一塊碳化硅晶圓到碳化硅被捧上神壇，CREE等了整整三十年。

CREE脫胎于美國北卡羅來納州立大學(xué)的實(shí)驗室，幾個創(chuàng)始人都是在校研究生。當(dāng)時，大學(xué)接到美國海軍委托，研發(fā)軍用飛機(jī)的高功率電子系統(tǒng)，攻克以碳化硅為材料生產(chǎn)芯片的難題[2]。

電子產(chǎn)品內(nèi)部的芯片多以硅（Si）為制造材料，但基于硅材料自身特性，不太勝任極端場景。與之相對的是以碳化硅（SiC）和氮化鎵（GaN）“第三代半導(dǎo)體材料”，可以勝任高頻、高溫、高電壓等惡劣條件，在高壓快充等特定場景中優(yōu)勢巨大。

硅（左）和碳化硅（右）的內(nèi)部結(jié)構(gòu)

但碾壓的性能背后，也是挑戰(zhàn)物理極限的制造工藝。

芯片是從晶圓上切割出來的，制備碳化硅晶圓是生產(chǎn)芯片的基礎(chǔ)。碳化硅晶圓與傳統(tǒng)硅晶圓制備流程類似，也需要將碳化硅原料熔煉、生長成圓柱形的晶錠，再將晶錠切割，經(jīng)過蝕刻、拋光、清洗等環(huán)節(jié)，變成可以用來生產(chǎn)芯片的晶圓。這也是為什么芯片是方形的，但晶圓卻是圓型的。

機(jī)器抓住的圓柱形物體就是晶錠

晶錠的“切片”過程

然而，相比于傳統(tǒng)的硅晶圓，碳化硅晶圓生長速度緩慢，6英寸的碳化硅晶圓，一小時只能生長0.5-2毫米[3]。加上又硬又脆的物理屬性，只能用小力多次的往復(fù)運(yùn)動切割成晶圓，效率低下不說，還非常容易崩邊導(dǎo)致?lián)p耗。

產(chǎn)線上損耗的碳化硅晶圓，往往會被降格為莫桑鉆出售。因此，如果一家碳化硅生產(chǎn)商的切割工藝水平有限，它就會成為一家大型珠寶生產(chǎn)商。

天岳先進(jìn)作為國內(nèi)碳化硅第一股，直到2020年，其前五大客戶里有三家都是珠寶公司。無獨(dú)有偶，天科合達(dá)2020年準(zhǔn)備上市時，大客戶名單里兩家珠寶公司赫然在列。

鉆石和莫桑石

當(dāng)年CREE研究碳化硅時，還沒有珠寶公司報銷研發(fā)開支，好在美國海軍財大氣粗，承包了所有費(fèi)用。政府項目結(jié)束后，已經(jīng)讀到博士的創(chuàng)始團(tuán)隊決定帶著專利創(chuàng)業(yè)，成功提高了北卡羅來納州立大學(xué)的科研成果轉(zhuǎn)化率。

由于極高的制備成本，碳化硅在當(dāng)時的消費(fèi)電子產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢并不明顯（現(xiàn)在也不太明顯），CREE最終選擇了藍(lán)光LED作為碳化硅的產(chǎn)業(yè)化目標(biāo)。

由碳化硅制成的二極管通過電流會發(fā)出藍(lán)光，當(dāng)時市面已經(jīng)有紅、綠、黃、橙四種顏色二極管，有藍(lán)光加持，多種顏色搭配就可以呈現(xiàn)白光，對應(yīng)的LED燈不僅比白熾燈更便宜，壽命也更長。

公司成立兩年后，第一顆基于碳化硅的藍(lán)光LED問世。此后三十年，LED業(yè)務(wù)都是CREE的營收支柱，直到2017年，LED在CREE總營收中占比依然高達(dá)90%。

CREE創(chuàng)始團(tuán)隊與基于碳化硅的藍(lán)光LED

相比之下，CREE的半導(dǎo)體業(yè)務(wù)大部分收入還仰仗美國政府慷慨解囊，大多僅用于研究[4]。

但到了2017年9月，CREE迎來新任CEO Gregg Lowe。與前任主攻LED方向不同，Gregg Lowe在德州儀器干了28年，是個實(shí)打?qū)嵉男酒媳�，其履歷被普遍解讀為CREE轉(zhuǎn)舵碳化硅半導(dǎo)體的起點(diǎn)。

Gregg Lowe

一年后，馬斯克公開Model 3的碳化硅逆變器，被餡餅砸中的Gregg Lowe接受專訪，給自己定下了半導(dǎo)體業(yè)務(wù)收入五年內(nèi)翻番的KPI[5]：

“這讓我想起丑小鴨變成美麗天鵝的畫面�！�

8英寸的陷阱

2017年到2021年，CREE半導(dǎo)體業(yè)務(wù)在總營收占比從10%躍升至53%。2021年，CREE直接賣掉了最賺錢的LED業(yè)務(wù)，并以半導(dǎo)體業(yè)務(wù)部門的名字Wolfspeed改頭換面，彰顯壯士斷腕的決心。

但命運(yùn)總是擅長開玩笑，改名之后的CREE反而陣腳大亂，在資本市場劃出了一道讓持股機(jī)構(gòu)血壓升高的拋物線。

在電動車大范圍普及之前，碳化硅是個典型的資本開支大、利潤空間小的苦活累活，市場規(guī)模也相對有限，在半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的存在感非常有限。

由于制備成本高昂，為了最大限度地降低成本、在定價上掌握主動，碳化硅生產(chǎn)商會盡可能將晶圓、芯片、器件等各個生產(chǎn)環(huán)節(jié)整合，拉低生產(chǎn)制造成本。但如此一來，又強(qiáng)化了碳化硅的重資產(chǎn)屬性。

垂直一體化生產(chǎn)（右邊柱型）可以讓碳化硅芯片生產(chǎn)成本下降20%

Wolfspeed的優(yōu)勢領(lǐng)域在碳化硅晶圓的生產(chǎn)，這一方面得益于自身數(shù)十年的技術(shù)積累，但另一方面也和碳化硅晶圓重資產(chǎn)、市場小的特點(diǎn)有關(guān)，是個典型的兵家必不爭之地。

但電動車普及后，碳化硅市場規(guī)模迅速擴(kuò)大，各路資本蜂擁而至，加劇了市場競爭。

Model 3的逆變器需要用到24組/48顆碳化硅MOSFET功率芯片，算上其他地方的用量，一輛電動車的碳化硅芯片數(shù)量在100-150顆左右。而當(dāng)時一片6英寸晶圓大約能切出300顆碳化硅，也就是說，一輛電動車就會用掉半塊碳化硅晶圓。

而Wolfspeed改名的2021年，恰好是全球電動車市場的爆發(fā)之年，需求量的暴增疊加全球范圍的缺芯，讓碳化硅搖身一變，成了兵家必爭之地。

因此在Model 3交付之際，Wolfspeed面對的形勢是產(chǎn)能和生產(chǎn)技術(shù)上優(yōu)勢依然存在，但對手紛紛開始追趕。此時擺在Wolfspeed面前的選擇有兩個：一是繼續(xù)擴(kuò)張6英寸晶圓產(chǎn)能，二是投資8英寸晶圓量產(chǎn)。

簡單來說，雖然目的都是降低成本，但前者是粗暴直接的擴(kuò)產(chǎn)，效果立竿見影；后者技術(shù)難度更大，勝在利潤率高。

晶圓尺寸是降低成本的關(guān)鍵因素：晶圓尺寸越大，一次切出的芯片越多，單位成本就越低；但與之對應(yīng)，晶圓尺寸越大，量產(chǎn)難度就越高，兩者互為表里。

PCG預(yù)測的6英寸（紅色）/8英寸（藍(lán)色）單位芯片制造成本隨時間變化

Wolfspeed早在2012年就實(shí)現(xiàn)了6英寸量產(chǎn)，當(dāng)時對手還在4英寸掙扎。到了2017年，同行相繼實(shí)現(xiàn)6英寸量產(chǎn)，但Wolfspeed兩年前就公開展示了8英寸晶圓樣品。

在這種情況下，相比擴(kuò)產(chǎn)拼成本，研發(fā)大尺寸晶圓的量產(chǎn)維持高利潤率，是一個基于自身長板的務(wù)實(shí)選擇。

2019年，Wolfspeed宣布將在紐約投資全球最大的8英寸碳化硅晶圓廠，即莫霍克谷工廠，投資金額達(dá)到15億美元，比公司2018年全年營收還高。與之對應(yīng)，公司市值從2019年的40億美元，一路漲到2021年的165億美元。

2022年，莫霍克谷工廠如期開業(yè)，Wolfspeed帶著領(lǐng)先優(yōu)勢來到了8英寸的戰(zhàn)場，同年，公司資本開支高達(dá)50億美元，負(fù)債規(guī)模也水漲船高。

拜登參觀莫霍克谷工廠

按照規(guī)劃，對莫霍克谷工廠的投資將在2024年達(dá)峰，隨后逐年下降，工廠有望在2025年進(jìn)入回報期。2024年10月末，CEO Gregg Lowe在公開活動中表示，莫霍克谷工廠產(chǎn)能提升進(jìn)展順利，產(chǎn)量也達(dá)到了預(yù)期。

半個月后，Gregg Lowe黯然下臺，Wolfspeed傳出了破產(chǎn)傳聞。

降本才是硬道理

2024年，Wolfspeed營收不僅沒有如Gregg Lowe預(yù)測般的增長，反而大降12%，資本市場盛傳，莫霍克谷工廠利用率至今僅為20%，遠(yuǎn)不及預(yù)期。

對8英寸的巨額投入看不到回報，長期看多的投資者陸續(xù)叛逃，Wolfspeed全年股價跌幅高達(dá)84.7%，成功從英特爾手中搶過了“2024年表現(xiàn)最差科技股”稱號。

隨著拜登政府7.5億撥款補(bǔ)助成為無頭公案，公司市值直接跌到了1998年的水平。當(dāng)年挖出Wolfspeed的分析師們不由反思，投資8英寸真的錯了嗎？

平心而論，站在2019年的時間節(jié)點(diǎn)，量產(chǎn)8英寸確實(shí)是Wolfspeed最具投資回報率的選擇。但站在車企的角度，無論碳化硅芯片產(chǎn)自6英寸晶圓還是8英寸晶圓，衡量的標(biāo)尺始終是成本。

2020年，比亞迪在漢車型中使用了碳化硅功率模塊，蔚來也于2021年推出碳化硅電驅(qū)的ET7；2022年，小鵬G9同樣采用碳化硅MOSFET。清一色的高端車型不是車企曲高和寡，實(shí)在是碳化硅成本太高。

一般來說，采用碳化硅MOSFET的電動車，續(xù)航相比硅基IGBT的能提高5-10%，對電動車至關(guān)重要。2023年的投資者日，馬斯克就高調(diào)宣稱要減少75%的碳化硅芯片用量，原因依然是成本。

由于電動車銷量的高速增長，車企的需求和Wolfspeed的擴(kuò)產(chǎn)節(jié)奏出現(xiàn)了錯配，車企不會傻等著Wolfspeed擴(kuò)產(chǎn)，這就給其他碳化硅生產(chǎn)商留出了市場空間。

2024年，中國的天科合達(dá)（17.3%）、天岳先進(jìn)（17.1%）擠下市占第二的Coherent，在碳化硅晶圓的市場份額躍升到全球二三位，合計份額與Wolfspeed（33.7%）勢均力敵[6]。

2024年碳化硅晶圓市場份額

Wolfspeed舉債投入8英寸產(chǎn)能建設(shè)時，中國公司反而在擴(kuò)張6英寸產(chǎn)能。由于6英寸生產(chǎn)工藝相對成熟，資本開支的效率天然更高，兩年時間里，單晶圓價格就從1500美元降到了500美元[7]。

假設(shè)6英寸轉(zhuǎn)向8英寸后，單顆芯片的切割成本降低50%，那么即使Wolfspeed的8英寸產(chǎn)能利用率與良率達(dá)到預(yù)期，其成本也很難與國內(nèi)的6英寸競爭，反而積累了沉重的債務(wù)負(fù)擔(dān)。

另一方面，相比Wolfspeed垂直一體化的重資產(chǎn)模式，國內(nèi)碳化硅產(chǎn)業(yè)鏈的細(xì)分程度更高。比如天科合達(dá)、天岳先進(jìn)負(fù)責(zé)碳化硅晶圓制造，揚(yáng)杰科技做碳化硅器件設(shè)計，芯聯(lián)集成做器件代工，斯達(dá)半導(dǎo)做模組，每個環(huán)節(jié)的投資效率更高。

垂直一體化確實(shí)能減少中間環(huán)節(jié)、壓縮成本，但前提是能夠負(fù)擔(dān)投資回報周期和多個環(huán)節(jié)的資本開支，Wolfspeed擴(kuò)產(chǎn)8英寸反而成了反面教材。

2023年后，全球電動車銷量增速開始放緩，美國和歐洲市場拉了大胯，前者增速僅為個位數(shù)，后者不增反降低。作為Wolfspeed主要收入來源，反而成為了壓垮碳化硅巨人的最后一根稻草。

今年6月，Wolfspeed申請破產(chǎn)重整。一家注定會載入集成電路產(chǎn)業(yè)史冊的公司，最終劃上了一個充滿遺憾的句號。

尾聲

和其他半導(dǎo)體的其他分支乃至整個電子產(chǎn)業(yè)一樣，碳化硅芯片是一個標(biāo)準(zhǔn)化程度極高的產(chǎn)品，無論來自多大尺寸的晶圓，競爭力都錨定于成本，由此形成高強(qiáng)度的競爭。

電子產(chǎn)業(yè)既是科技頂峰的探索，也是成本管控的藝術(shù)。先進(jìn)的生產(chǎn)工藝和技術(shù)能力并非萬能，有時甚至?xí)懈弊饔谩?/p>

日本學(xué)者湯之上隆曾做客存儲芯片公司爾必達(dá)，發(fā)現(xiàn)爾必達(dá)可以把512M DRAM芯片的良率做到驚人的98%，而三星只有83%，這也成為了各路分析師看好爾必達(dá)的重要原因。

但事實(shí)是，把良率從60%提高到80%相對比較容易，進(jìn)一步提高到90%以上，成本會成倍增加。這種情況下，爾必達(dá)產(chǎn)線的吞吐量只有三星的1/2，如果要生產(chǎn)同樣數(shù)量的芯片，爾必達(dá)的設(shè)備成本反而比三星多了一倍。

最終，三星電子的利潤率高達(dá)30%，爾必達(dá)只有3%，在金融危機(jī)中資金鏈斷裂，被美光打包帶走。

電子產(chǎn)業(yè)的魅力也恰恰在于，它既是以納米計量的技術(shù)冒險，也是精確到小數(shù)點(diǎn)后三位的臺賬。舊王倒下新貴崛起的故事，總是有與眾不同的演繹手法和意想不到的伏筆與轉(zhuǎn)折。

新能源車供應(yīng)鏈加速洗牌出清的周期里，Wolfspeed不會是唯一一個坍塌的神像。

參考資料

[1] Tesla's Innovative Power Electronics: The Silicon Carbide Inverter, IDTechEx

[2] Growing at Wolfspeed, NC State University

[3] SiC Seeding for Sustainable Green Energy: An Overview of SiC Crystal Growth and Wafer Processing, Orbitskyline

[4] CREE Inc. History，fundinguniverse

[5] Wolfspeed is no more our Ugly Duckling, Design&Electronic

[6] 2024年碳化硅襯底市場營收下降9%至10.4億美元，TrendForce

[7] Global tech industry braces for 'China shock' in mature chips, Nikkei Asia

編輯：李墨天

視覺設(shè)計：疏睿

責(zé)任編輯：何律衡