當?shù)谌鷮捊麕О雽w的技術(shù)紅利與新能源、人工智能、通信、增強現(xiàn)實四大高增長產(chǎn)業(yè)浪潮強勢交匯，碳化硅（SiC）已邁入高速增長的關(guān)鍵臨界點。作為兼具大禁帶寬度、高擊穿電場、卓越熱導率等核心優(yōu)勢的半導體核心材料，碳化硅不僅是功率器件升級迭代的核心載體，更成為驅(qū)動四大產(chǎn)業(yè)實現(xiàn)效率革命的關(guān)鍵支撐。其應(yīng)用場景已突破功率器件范疇，向散熱材料、光導基底等多元領(lǐng)域延伸，整個行業(yè)正加速駛?cè)胄枨蟊l(fā)的 “快車道”。

在新能源產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域，碳化硅的市場滲透與超充快充技術(shù)的迭代升級深度綁定。隨著 800V 高壓平臺的快速普及，截至 2025 年其滲透率已達 11.17%，超充快充對高壓直流充電特性的極致追求，使碳化硅成為充電樁功率器件的核心選型。憑借其提升充放電效率、降低能耗的顯著優(yōu)勢，碳化硅有力推動了超充網(wǎng)絡(luò)的規(guī)?；涞?。據(jù)測算，到 2030 年全球充電樁及超充領(lǐng)域的碳化硅襯底需求將達 51 萬片，其中國內(nèi)需求占 29 萬片。同時，在新能源汽車、光儲等場景的協(xié)同拉動下，2030 年全球 “新能源汽車 + 充電樁 + 光儲” 三大場景的碳化硅襯底總需求將攀升至 432 萬片，中國市場占比超過七成，功率器件滲透率的持續(xù)提升已成為新能源賽道發(fā)展的明確主線。

而人工智能、通信、增強現(xiàn)實三大領(lǐng)域的 “多輪驅(qū)動”，進一步釋放了碳化硅的增長潛力。在人工智能產(chǎn)業(yè)中，算力持續(xù)升級催生了更高的功率密度與散熱需求，使得碳化硅成功切入電源設(shè)備與芯片先進封裝散熱兩大場景，預計 2030 年全球人工智能領(lǐng)域碳化硅襯底需求達 73 萬片；在通信射頻領(lǐng)域，5G - A 與 6G 技術(shù)的演進推動器件升級，GaN - on - SiC 方案憑借優(yōu)異的散熱性能和高性能優(yōu)勢成為主流選擇，2030 年全球射頻用半絕緣型碳化硅襯底需求將達 17 萬片；在增強現(xiàn)實產(chǎn)業(yè)中，碳化硅的高折射率特性使其成為光波導基底的理想材料，為增強現(xiàn)實眼鏡的輕量化、全彩化升級提供關(guān)鍵支撐，2030 年全球增強現(xiàn)實眼鏡領(lǐng)域襯底需求將高達 389 萬片。

值得關(guān)注的是，當前碳化硅行業(yè)正處于 “需求蓄勢爆發(fā)、產(chǎn)能供需緊平衡” 的關(guān)鍵前夕。預計 2027 年碳化硅襯底將出現(xiàn)供給緊張態(tài)勢，甚至可能面臨產(chǎn)能擴張難以跟上需求增長的局面。到 2030 年，全球碳化硅襯底總需求將達 1676 萬片，相較于 2025 年的供給水平存在約 1200 萬片的產(chǎn)能缺口。其中，人工智能中介層、新能源汽車、增強現(xiàn)實眼鏡將成為三大核心增長極，2030 年三者需求占比分別達到 37%、26% 和 23%。在此背景下，深入剖析碳化硅在各應(yīng)用賽道的滲透邏輯、產(chǎn)能格局及產(chǎn)業(yè)機遇，具有重要的行業(yè)參考價值。

當?shù)谌鷮捊麕О雽w的技術(shù)紅利與新能源、AI、通信、AR 的產(chǎn)業(yè)浪潮形成共振，碳化硅（SiC）正站在高速增長周期的臨界點 —— 作為兼具大禁帶寬度、高擊穿電場、優(yōu)異熱導率等核心性能的半導體核心材料，它不僅是功率器件升級的核心載體，更成為新能源、AI、通信、AR 四大高增長產(chǎn)業(yè)實現(xiàn)效率革命的關(guān)鍵支撐，其應(yīng)用已從功率器件向散熱材料、光導基底等領(lǐng)域延伸，行業(yè)即將進入需求爆發(fā)的 “加速度階段”。

一、碳化硅材料特性適配多產(chǎn)業(yè)核心需求

作為第三代寬禁帶半導體的核心代表，碳化硅在擊穿電場強度、禁帶寬度、熱導率、電子飽和漂移速度及折射率等關(guān)鍵性能參數(shù)上表現(xiàn)突出，正全面滲透新能源、人工智能、通信、增強現(xiàn)實四大核心產(chǎn)業(yè)，成為推動各領(lǐng)域技術(shù)迭代與效率革新的核心支撐材料。

在新能源領(lǐng)域，碳化硅耐高壓、耐高溫、低能量損耗的核心特性，使其成為實現(xiàn)產(chǎn)業(yè) “高效節(jié)能” 目標的關(guān)鍵元器件。在新能源汽車上，碳化硅功率模塊有效緩解了用戶的里程焦慮與充電焦慮；在光伏發(fā)電和儲能系統(tǒng)中，采用碳化硅的逆變器和變流器不僅降低了能耗，還顯著提升了風能、光伏發(fā)電的消納能力。

在人工智能產(chǎn)業(yè)中，碳化硅器件的應(yīng)用呈現(xiàn)雙重價值。一方面，其能夠適配 800V 及更高電壓的配電架構(gòu)，在變電站 AC/DC 整流、固態(tài)變壓器及中壓 DC/DC 轉(zhuǎn)換等關(guān)鍵環(huán)節(jié)發(fā)揮重要作用；另一方面，依托優(yōu)異的高導熱特性，碳化硅為摩爾定律逼近物理極限背景下，先進封裝技術(shù)面臨的散熱難題提供了有效解決方案。

在增強現(xiàn)實產(chǎn)業(yè)中，碳化硅的高折射率特性助力終端設(shè)備實現(xiàn)更寬廣的視場角，同時有效解決了彩虹紋等技術(shù)痛點。在推動增強現(xiàn)實眼鏡實現(xiàn)輕量化設(shè)計、全彩顯示效果及長續(xù)航能力等方面，碳化硅扮演著不可或缺的角色。

在射頻應(yīng)用領(lǐng)域，碳化硅襯底兼具良好的散熱性能與較高的開關(guān)頻率，隨著 5G - Advanced 與 6G 技術(shù)的持續(xù)演進，其有望成為下一代射頻芯片襯底的核心發(fā)展方向。

二、突破硅基瓶頸，碳化硅引領(lǐng)新能源產(chǎn)業(yè)邁入超高效時代

2.1 800V 高壓平臺加速普及，碳化硅成技術(shù)升級關(guān)鍵

新能源汽車搭載 800V 高壓平臺并配合超級快充技術(shù)，可實現(xiàn) “充電 10 分鐘，續(xù)航超 300 公里” 的高效體驗，在解決用戶充電焦慮的同時，大幅提升了能源利用效率與車輛續(xù)航里程，而碳化硅材料正是這一技術(shù)突破的核心支撐。

800V 高壓平臺已成為新能源汽車電驅(qū)系統(tǒng)的主流發(fā)展趨勢，電壓等級的提升本質(zhì)上是材料與功率器件的革命性升級。從 400V 到 800V，再到未來的 1000V 平臺，電壓提升帶來了續(xù)航增加、電機體積縮小、充電速度加快等多重優(yōu)勢。從物理原理來看，功率等于電壓與電流的乘積，解決充電焦慮有增大電流和提升電壓兩種路徑。增大電流需加粗線束截面積，會導致線纜重量、銅損和發(fā)熱量成倍增加，傳統(tǒng) 400V 平臺難以規(guī)避這一問題；而提升電壓至 800V 后，系統(tǒng)效能顯著提升，但傳統(tǒng)硅基 IGBT 器件在高壓環(huán)境下導通損耗和開關(guān)損耗劇增，無法滿足性能需求，碳化硅材料由此成為最優(yōu)選擇。

價格曾是制約高壓平臺普及的關(guān)鍵因素，隨著技術(shù)成熟與成本下降，800V 高壓平臺正從高端市場加速向大眾市場下沉。截至 2025 年 8 月，其在新能源汽車中的滲透率已達 11.17%，應(yīng)用車型價格區(qū)間已下探至 10 - 15 萬元。

800V 并非碳化硅應(yīng)用的終點。為保障系統(tǒng)安全，碳化硅 MOSFET 的耐壓等級需高于車輛電壓平臺，如 400V 平臺對應(yīng) 650V 器件，800V 平臺對應(yīng) 1200V 器件。目前，新能源汽車系統(tǒng)電壓正向千伏級躍升，碳化硅芯片與模塊的耐壓等級也同步提升至 1500V - 1700V，比亞迪已實現(xiàn) 1500V 碳化硅功率芯片的自主研發(fā)與量產(chǎn)。

2.2 碳化硅在新能源汽車中的多元應(yīng)用場景

新能源汽車高壓平臺的電壓提升，核心體現(xiàn)在主驅(qū)逆變器上。碳化硅 MOSFET 具備高頻開關(guān)、低導通電阻的特性，有效降低了能量損耗，其高電流密度優(yōu)勢助力系統(tǒng)實現(xiàn)小型化，不僅大幅減小了電驅(qū)尺寸，還降低了運行噪音與電機系統(tǒng)磨損。同時，碳化硅器件可承受 175 - 200℃的高溫，為車輛散熱管理提供了更大空間。

隨著主驅(qū)逆變器電壓等級的提升，DC - DC 轉(zhuǎn)換器需采用碳化硅 MOSFET，將 800V 母線電壓高效降至 12V/48V，為車身用電器供電；車載充電機（OBC）也需適配 800V 電池的充電需求。此外，新能源汽車空調(diào)壓縮機需同時承擔座艙、電池系統(tǒng)及電機電控的熱管理任務(wù)，采用碳化硅 MOSFET 后，空調(diào)壓縮機的輕載效率顯著提升，能量損耗減少，整體能效增強，小米 Suf 的 “全碳化硅方案” 中，空調(diào)壓縮機便選用了碳化硅器件。

2.3 新能源汽車領(lǐng)域碳化硅襯底需求測算

碳化硅襯底在新能源汽車領(lǐng)域的市場需求，通過 “新能源汽車銷量 × 高壓平臺（碳化硅）滲透率 × 單車碳化硅襯底需求量” 的公式進行測算，核心參數(shù)與結(jié)果如下：

• 新能源汽車銷量：全球市場保持快速增長，2024 年銷量為 1787 萬輛，預計 2030 年將達 3872 萬輛，年復合增長率約 13.8%；中國市場 2030 年銷量預計 2723 萬輛，占全球 70%，年復合增長率約 13.3%。

• 碳化硅滲透率：中國市場方面，2030 年新能源汽車 800V 高壓平臺滲透率預計 33.5%，即碳化硅滲透率為 33.5%；全球市場 2030 年 800V 平臺滲透率預計 31%。

• 單車襯底需求量：800V 平臺下，單車碳化硅 MOSFET 需求量 90 - 140 顆；千伏平臺三電機方案合計用量約 190 顆。假設(shè) 6 英寸晶圓可切割 360 顆碳化硅 MOSFET，單電機、雙電機、三電機車型對應(yīng)襯底需求分別為 0.26 片、0.39 片、0.53 片。2030 年三種方案按 10%、30%、60% 比例分布，平均單車襯底需求 0.32 片。

綜合測算，2030 年全球新能源汽車碳化硅襯底（6 英寸當量）年需求量約 432 萬片，2024 - 2030 年復合增長率 45%；中國市場需求量約 328 萬片，同期復合增長率 44%。

2.4 高壓直流充電樁推動碳化硅需求增長

新能源汽車 800V / 千伏高壓平臺滲透率提升，催生了對配套高壓直流充電樁的迫切需求。充電樁分為交流慢充樁和直流快充樁，直流充電樁直接輸出大功率直流電，省去車載充電機轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)，大幅縮短充電時間。目前，華為、比亞迪、特斯拉等企業(yè)已入局兆瓦級快充領(lǐng)域競爭。

從技術(shù)實現(xiàn)來看，直流充電樁通過電源模塊并聯(lián)堆疊和提升模塊功率密度實現(xiàn)高功率輸出。在高壓場景下，功率半導體耐壓等級需提升至 1200V 以上，碳化硅憑借耐高壓、散熱好的特性成為首選材料。英飛凌報告顯示，1200V 解決方案中，碳化硅替代硅基器件可提升功率密度并簡化電路設(shè)計。

政策層面持續(xù)加碼助力高壓直流充電樁發(fā)展。2025 年下半年，《關(guān)于促進大功率充電設(shè)施科學規(guī)劃建設(shè)的通知》《電動汽車充電設(shè)施服務(wù)能力 “三年倍增” 行動方案（2025—2027 年）》《電動汽車供電設(shè)備能效限定值及能效等級》三項政策相繼出臺，明確了大功率充電設(shè)施建設(shè)目標、總量要求及能效標準，而能將充電樁效率提升至 97% 以上的碳化硅解決方案，成為政策落地的關(guān)鍵支撐。

• 2025 年 6 月 13 日，國家發(fā)改委等部門聯(lián)合發(fā)布《關(guān)于促進大功率充電設(shè)施科學規(guī)劃建設(shè)的通知》，要求到 2027 年，單槍功率達到 250kW 及以上的大功率充電設(shè)施數(shù)量超過 10 萬臺。

• 2025 年 9 月 24 日，國家發(fā)展改革委等部門印發(fā)了《電動汽車充電設(shè)施服務(wù)能力“三年倍增”行動方案（2025—2027 年）》。首先，該方案從充電樁總量上提出了指引：到 2027 年底，在全國范圍內(nèi)建成 2800 萬個充電設(shè)施，提供超過 3 億千瓦的公共充電容量，滿足超過 8000 萬輛電動汽車的充電需求。其次，強調(diào)了高壓直流充電樁的滲透率：開展交流充電設(shè)施、800 伏以下電壓平臺充電設(shè)施的更新改造；到 2027 年底，全國城市區(qū)域新增 160 萬個直流充電槍，其中包括 10 萬個大功率充電槍；到 2027 年底，在高速公路服務(wù)區(qū)新建或改造 4 萬個功率在 60 千瓦以上的“超快結(jié)合”充電槍，并鼓勵建設(shè)大功率充電設(shè)施。

• 2025 年 10 月 5 日，國家市場監(jiān)督管理總局批準發(fā)布了 GB46519-2025《電動汽車供電設(shè)備能效限定值及能效等級》，新標準將直流充電設(shè)備的能效分為 3 個等級，其中一級能效要求整機加權(quán)效率不低于 96.5%。該標準將于 2026 年 11 月 1 日起正式實施，而能夠?qū)⒊潆姌缎侍嵘?97% 以上的 SiC 解決方案，則成為達標的關(guān)鍵路徑。

2.5 高壓直流充電樁所需 SiC 需求量測算

? 中國公共充電樁增速：

2025-2027 年，在政策驅(qū)動下，公共充電樁按照上述 20.6% 的年復合增長率進行預測；假設(shè) 2028 年至 2030 年延續(xù)公共充電樁的增長趨勢，即到 2030 年，公共充電樁新增量與新能源汽車新增量之比達到 10 : 1，并且存在車樁比進一步下降的空間（根據(jù)恒瑞達數(shù)據(jù)，公共充電樁和新能源汽車的車樁比達到 6 : 1 是較為合理的水平），因此維持該增速增長具有可行性。

? 中國直流充電樁在公共充電樁中的占比：

直流充電樁在公共充電樁中的占比?？紤]到在 2030 年以前，電網(wǎng)側(cè)仍將以 UPS 或 HVDC 為主導，因此假設(shè) 2025-2027 年期間，直流充電樁的占比每年提升 1 個百分點。

? SiC 在直流充電樁中的滲透率：

當前 SiC 在直流充電樁中的滲透率，可以類比功率在 240kW 以上的直流樁占比，即約為 15%。假設(shè)用高壓快充（240kW 及以上）的滲透率來類比 SiC 滲透率，則根據(jù)中國充電聯(lián)盟數(shù)據(jù)，這類充電樁約占公共充電樁總量的 6.7%，即占直流充電樁的約 15%。未來大功率化趨勢明確，根據(jù) Yole 數(shù)據(jù)，2029 年大功率直流樁占比預計約為 45.8%，假設(shè)到 2030 年達到約 48%，我們將此作為 2030 年 SiC 在直流充電樁中滲透率的參考值。

? SiC 在直流充電樁中的單位用量：

由于前述分析已說明，直流充電樁一方面依靠電源模塊的并聯(lián)堆疊組合數(shù)量來實現(xiàn)高功率充電需求，根據(jù)行家說報告，350kW 以上的充電樁會完全采用 SiC 方案。已知英飛凌 30kW 的電源模塊需要 8 顆 SiC MOSFET 加上 28 顆肖特基二極管，假設(shè) 350kW 的電源模塊需要 96 (12x8) 顆 SiC MOSFET 和 336 (12x28) 顆肖特基二極管。對應(yīng)地，一片 6 英寸 SiC 晶圓能夠生產(chǎn)大約 360 顆 SiC MOSFET 和約 10000 顆肖特基二極管。伴隨著兆瓦級快充趨勢的發(fā)展，SiC 的需求量還有 3 倍以上的增長空間。

? 全球充電樁相關(guān)情況：

由于缺乏全球高壓直流充電樁的相關(guān)詳細數(shù)據(jù)，我們參考百諫方略（DIResearch）對于全球充電樁的統(tǒng)計和預測數(shù)據(jù)，并假設(shè)中國在全球新能源汽車充電樁市場中的銷量占比，即對應(yīng)為 6 英寸 SiC 襯底的需求占比，即 2024 年中國占比為 63.90%，2030 年中國占比預計為 56.78%。

綜上所述，我們預計到2030年，全球新能源汽車充電樁對SiC襯底（以6英寸為當量）的年需求量將達到約51萬片，2024年至2030年期間的復合年增長率（CAGR）約為57.3%；同時，中國新能源汽車充電樁對SiC襯底（以6英寸為當量）的年需求量預計約為29萬片，2024年至2030年期間的復合年增長率約為54.2%。

2.6 SiC成為光儲一體化系統(tǒng)的高效能引擎

在光伏發(fā)電環(huán)節(jié)，SiC主要應(yīng)用于光伏逆變器中。光伏逆變器的核心功能是實現(xiàn)“直流電到交流電”的轉(zhuǎn)換。太陽能電池板（如單晶硅、多晶硅電池等）產(chǎn)生不穩(wěn)定的直流電，光伏逆變器需要將其轉(zhuǎn)化為符合電網(wǎng)或負載要求的交流電。

除了發(fā)電環(huán)節(jié)，SiC還可用在儲能系統(tǒng)的變流器（PCS）中。當光伏系統(tǒng)發(fā)電量有富余時，儲能變流器先將電網(wǎng)或負載的交流電反向轉(zhuǎn)換為直流電，存儲至儲能電池中；待到用電高峰或光伏發(fā)電不足時，再將電池中的直流電重新逆變?yōu)榻涣麟?，回饋至電網(wǎng)或供給負載。在此雙向轉(zhuǎn)換過程中，SiC器件的高頻特性與耐高壓能力可以有效提高系統(tǒng)效率。

光伏逆變器與儲能變流器對SiC的需求量：

根據(jù)Yole報告的預測，到2030年，全球光伏和儲能領(lǐng)域?qū)?英寸SiC襯底的年需求量約為95萬片，2024年至2030年期間的復合年增長率約為30%。

我們假設(shè)，中國光儲市場對SiC的需求量基于2025年至2030年新增光伏和儲能裝機量在全球的占比來推算。參考光伏行業(yè)協(xié)會、頭豹產(chǎn)業(yè)研究院和IEA的數(shù)據(jù)，2030年全球光伏新增裝機容量將突破1000GW，中國光伏新增裝機容量約為340GW，2024年至2030年期間中國在全球光伏新增裝機量的比例在32%至50%區(qū)間波動。參考CNESA和BNEF的數(shù)據(jù)，2030年全球儲能新增裝機量為231GW，中國新增儲能裝機量為120GW，2024年至2030年期間中國在全球儲能新增裝機量的占比約在50%上下波動。

綜合上述數(shù)據(jù)，我們謹慎假設(shè)，中國光伏和儲能領(lǐng)域?qū)iC襯底的需求約占全球的32%，測算得出，到2030年，中國光伏和儲能領(lǐng)域?qū)?英寸SiC襯底的年需求量約為30萬片。

三、能耗減半、散熱升級，SiC激活AI產(chǎn)業(yè)潛力

在AI數(shù)據(jù)中心領(lǐng)域，SiC器件主要應(yīng)用于AI功率器件和散熱層。在AI功率器件方面，SiC器件將用于AI數(shù)據(jù)中心的兩大電能轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)：一是從電網(wǎng)到數(shù)據(jù)中心的電流轉(zhuǎn)換，二是數(shù)據(jù)中心內(nèi)部的電流轉(zhuǎn)換。在散熱層方面，SiC主要作為CoWoS技術(shù)的中介層，也有望進入基板和熱沉環(huán)節(jié)。

3.1 SiC是AI數(shù)據(jù)中心電源系統(tǒng)升級的關(guān)鍵

自2022年生成式AI大模型爆發(fā)以來，算力需求呈現(xiàn)指數(shù)級上升，這推動了單位算力下硬件的性能提升與成本下降，也帶來了AI算力基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的高速增長。一方面，在性能提升與單位算力成本下降的趨勢下，芯片和機柜功耗都開始向高密度化演進：從英偉達A100（400W）到H100（700W）再到B200（1000W），預計到2028年將達到R300（3000W），再加上風冷或液冷系統(tǒng)，單位機柜功耗從傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心的4~6kW逐漸增加至AI數(shù)據(jù)中心的20~40kW，未來逐步發(fā)展至40~120kW。隨著英偉達2030年Rubin Ultra等下一代架構(gòu)的推出，Vertiv預計，服務(wù)器機架密度（衡量機架內(nèi)產(chǎn)生的功率和熱量的指標）預計將超過1000kW。

另一方面，數(shù)據(jù)中心裝機量加速增長。根據(jù)IEA的數(shù)據(jù)統(tǒng)計與預測分析，預計2025年全球數(shù)據(jù)中心總裝機量有望達到114.3GW。由于宏觀環(huán)境的不確定性，在樂觀假設(shè)下，預計2024年至2030年期間的復合年增長率約為21%；在悲觀假設(shè)下，復合年增長率約為8%。

但當前數(shù)據(jù)中心電源系統(tǒng)能效較低，終端服務(wù)器僅50%的電能得到有效使用。因此，在AI對計算資源和電力消耗需求不斷升級的背景下，AI數(shù)據(jù)中心正顛覆性地改變電力系統(tǒng)架構(gòu)，對AI電源的穩(wěn)定性、可靠性和效率提出了更高的要求。

問題一：SiC功率器件主要用在AI數(shù)據(jù)中心電源系統(tǒng)的哪些環(huán)節(jié)？

SiC功率器件主要用于供電體系層中，如UPS、HVDC、SST等電源所需的PFC（功率因數(shù)校正）、逆變器、整流器；以及AC-DC轉(zhuǎn)換中的PSU（電源供應(yīng)單元）。從架構(gòu)上看，AI服務(wù)器電源系統(tǒng)可分為三層：供電體系（包括UPS、PDU等外部電源設(shè)備）、AC-DC轉(zhuǎn)換（一級電源，將交流220V轉(zhuǎn)換為直流48V，涉及PSU、BBU等機箱內(nèi)交流轉(zhuǎn)直流模塊）和DC-DC轉(zhuǎn)換（將48V轉(zhuǎn)換為12V再到1V，涉及板級與芯片級穩(wěn)壓模塊）。

? 供電體系：

UPS架構(gòu)（AC-DC-AC）：目前，傳統(tǒng)的服務(wù)器架構(gòu)以UPS為主，主要分為“UPS - AC/DC - DC/DC”三級架構(gòu)。UPS（不間斷電源）是一種電力保護設(shè)備。電子信息系統(tǒng)運行時，允許斷電持續(xù)時間為0～10ms；當斷電時間超過10ms時，電子信息系統(tǒng)將中斷運行，導致數(shù)據(jù)和信息丟失。為了保障對電子系統(tǒng)的持續(xù)供電，UPS電源先將交流電轉(zhuǎn)為直流電，存儲至蓄電池，然后再由蓄電池放出的直流電轉(zhuǎn)回交流電，從而實現(xiàn)對負載不間斷供電的過程。

UPS拓撲結(jié)構(gòu)主要由整流器、逆變器、旁路/逆變靜態(tài)開關(guān)（STS）、電池組等構(gòu)成。

• HVDC架構(gòu)（AC-DC）：相較于UPS，HVDC在前端的輸配電環(huán)節(jié)和AC轉(zhuǎn)DC環(huán)節(jié)變化不大，但取消了逆變環(huán)節(jié)，將三相交流電經(jīng)整流器轉(zhuǎn)換為直流電，在蓄電池中充放電，為IT負載提供直流供電。相比UPS方案，HVDC方案的優(yōu)勢在于無需利用逆變器進行轉(zhuǎn)換，在降低故障發(fā)生概率的同時降低電耗，能夠提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性，并降低系統(tǒng)成本。劣勢在于當前HVDC滲透率相對較低，以及行業(yè)生態(tài)沒有UPS成熟。

  HVDC拓撲結(jié)構(gòu)主要由交流配電單元、整流器、蓄電池組、電池管理單元、直流配電單元、絕緣監(jiān)測單元及監(jiān)控模塊組等構(gòu)成。采用SiC整流器能夠提升功率密度，減少散熱需求，實現(xiàn)系統(tǒng)效率的提升。

• 巴拿馬電源架構(gòu)（AC-DC）：巴拿馬電源是在HVDC的基礎(chǔ)上進一步優(yōu)化。相較于傳統(tǒng)HVDC，巴拿馬電源是將HVDC前端的工頻變壓器改成移相變壓器并集成至電源內(nèi)部，柔性集成了交流10kV配電、工頻變壓器、模塊化整流器和輸出配電等設(shè)備。將HVDC的傳統(tǒng)變壓器改為移相變壓器，采用多脈沖形式減少副邊繞組短路電流，為整流模塊提供了相位各異的交流輸入，使得整流后的直流電諧波含量大幅降低，能夠有效抑制諧波，節(jié)省整流電源模塊的無功補償及濾波回路裝置，從而帶來供電效率的改善。

  巴拿馬電源在拓撲結(jié)構(gòu)上，由移相變壓器柜、整流輸出柜、交流分配柜（常規(guī)不配置，當要求配置交流380V輸出時提供）等組成。

• SST架構(gòu)（AC-DC）：SST（固態(tài)變壓器）方案簡潔性突出，通過可將10千伏交流電直接轉(zhuǎn)換為800伏直流電，也可接入多種直流設(shè)備，無需濾波和無功補償環(huán)節(jié)，理論效率優(yōu)勢顯著。

  SST在拓撲結(jié)構(gòu)上，包含電力電子電路（如MOSFET、IGBT）、高頻變壓器等。SST的高頻變壓器較傳統(tǒng)工頻變壓器頻率大幅提升，體積與質(zhì)量大幅下降。不管是巴拿馬電源，還是傳統(tǒng)工頻變壓器，原理相近，都采用硅鋼片作為磁芯材料，銅線作為繞組，工作頻率均為低頻的50/60Hz。而SST高頻變壓器擺脫了傳統(tǒng)變壓器“V=4.44×頻率×匝數(shù)N×磁通密度B×磁芯截面積A”公式下電壓需要大幅增加線圈匝數(shù)等的限制，采用絕緣設(shè)計和納米晶、鐵氧體磁芯使得其能夠在高頻下工作（如20kHz），從而承受更高電壓。

  SiC MOSFET憑借其耐高壓、高頻、高溫的特性，成為SST中的核心部件。AC/DC級采用單相PFC拓撲，功率器件選用大功率Si IGBT或SiC MOSFET，實現(xiàn)整流和功率因數(shù)校正作用；采用SiC器件可以提升AI數(shù)據(jù)中心的開關(guān)頻率，進一步減少網(wǎng)側(cè)電流諧波含量。DC/DC級選用SiC MOSFET，由一個限制人級連接的逆變器、諧振電容、諧振電感高頻變壓器和整流器組成，通過諧振變換實現(xiàn)功率傳輸。

• PDU（配電單元）：負責將上游電源分配到機柜和機架的IT設(shè)備，將三相電分配為單相，并監(jiān)控輸入到IT機架的電力。AI數(shù)據(jù)中心中機柜內(nèi)部或列頭柜所使用的PDU相比傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心功率更高，支持更多路數(shù)、更大電流。

? AC-DC轉(zhuǎn)換：第三代半導體SiC及GaN加速滲透

PSU（電源供應(yīng)單元）：將交流電轉(zhuǎn)換為直流母線電（通常為48V）供后續(xù)DC-DC模塊使用。AI服務(wù)器電源遵循OCP ORV3標準，隨著GPU功率的提升，服務(wù)器電源的功率密度也在不斷提升。5.5kW電源已隨GB200出貨開始放量，而8-12kW更高功率電源有望伴隨下一代Rubin架構(gòu)進入市場。

此外，在AI驅(qū)動下，單個PSU的功率密度不斷提升，架構(gòu)上也從傳統(tǒng)的單個PSU，發(fā)展到電源架（Shekes，包括PSU、外殼、控制與連接組件），并在2026年下半年，伴隨Rubin架構(gòu)的推進，有望走向電源柜（sidecar，包括配電單PSU架、電池備份單元BBU、電容組單元）。

從拓撲結(jié)構(gòu)看，PSU主要包括整流橋、PFC模塊（功率因數(shù)校正）、EMI濾波器、高頻變壓器等。PSU中的功率器件目前仍以硅基MOSFET為主流，第三代半導體功率器件（SiC、氮化鎵）正加速滲透，憑借在高功率密度、高頻率和高能效設(shè)計中的優(yōu)勢，有望逐步成為下一代AC/DC電源設(shè)計的關(guān)鍵驅(qū)動力。主要體現(xiàn)在：1）在PSU前端AC-DC變換或800V高壓DC-DC變換中，典型拓撲如PFC和整流器等，需要高耐壓低損耗的開關(guān)器件，SiC成為首選材料；2）在DC-DC和次級轉(zhuǎn)換的應(yīng)用中，GaN器件通常工作電壓較低（多數(shù)為650V及以下），但開關(guān)速度更快、柵極電荷和輸出電容更小，非常適合用于中壓以下的高頻變換。

? DC-DC轉(zhuǎn)換

DC-DC模塊是集成于服務(wù)器板上的關(guān)鍵電源單元，其主要功能是通過IBC（中間總線轉(zhuǎn)換器）將上游供來的48V直流電轉(zhuǎn)換為中間母線電壓（12V），再由POL（負載點穩(wěn)壓器）轉(zhuǎn)換為芯片（如CPU、GPU、存儲等）所需要的超低電壓。該階段芯片主要承擔高頻功率轉(zhuǎn)換、多相協(xié)同控制及系統(tǒng)級電源管理等功能，因此主要采用GaN或Si器件。

問題二：SiC功率器件價值量及對應(yīng)襯底需求如何？

綜上，SiC在AI數(shù)據(jù)中心功率器件市場前景廣闊，主要應(yīng)用在UPS、HVDC、SST的整流器、逆變器及PFC等功率器件，并隨著高壓直流滲透率提升，SiC功率器件在“AC-DC”環(huán)節(jié)的用量遞增。

根據(jù)Navitas，預計2030年“GaN+SiC”器件在800V AI數(shù)據(jù)中心的固態(tài)變壓器（SST）、800V DC-DC轉(zhuǎn)換和48V DC-DC轉(zhuǎn)換的總體潛在市場（TAM）預計達26.6億美元，其中，SiC相關(guān)環(huán)節(jié)占比約33%，即8.3億美元。

參考Navitas測算模型中800V的滲透節(jié)奏，以及IEA預測的中國數(shù)據(jù)中心裝機量在全球的占比（從2024年的24%到2030年的28%），我們對AI數(shù)據(jù)中心所需的SiC襯底（折合6英寸）市場需求進行測算，預計2030年，全球AI數(shù)據(jù)中心所需SiC襯底為72.8萬片，中國市場所需為20.4萬片。

3.2 SiC 導熱性能優(yōu)異，有望作為芯片封裝的散熱材料

根據(jù)行家說三代半公眾號信息，英偉達計劃在新一代 GPU 芯片的先進封裝環(huán)節(jié)中采用 SiC 襯底，作為中介層材料。根據(jù)集邦化合物半導體，臺積電正計劃將 12 英寸單晶 SiC 應(yīng)用于散熱載板，取代傳統(tǒng)的氧化鋁、藍寶石基板或陶瓷基板。

問題一：SiC 在 AI 算力芯片散熱方向的具體應(yīng)用是哪些？

散熱載板，由導電型 SiC 取代之前的硅；

中介層，由半絕緣型 SiC 取代硅或者再布線層；

微通道，通過 SiC-相變材料復合，在通道附近嵌入相變材料實現(xiàn)短期熱緩沖。

問題二：為什么采用 SiC 作為 AI 芯片散熱材料？是否還有其他技術(shù)路線？

首先，從材料的第一性原理來看，SiC 的熱導率顯著領(lǐng)先于硅、氮化鎵、氮化鋁、玻璃等材料。雖然在熱導率方面會有材料具備更領(lǐng)先的優(yōu)勢，但其生長和制造工藝目前不夠成熟，而 AI 算力芯片的散熱問題迫在眉睫，因此 SiC 在散熱能力、結(jié)構(gòu)強度、生產(chǎn)工藝成熟度上，有望成為先進封裝中散熱材料（如中介層、基板、微通道）的最優(yōu)解。目前，SiC 中介層的大規(guī)模應(yīng)用仍面臨挑戰(zhàn)：一是成本壁壘，由于當前大尺寸硅片均以 12 英寸為主，因此作為散熱材料的 SiC 也需要匹配到 12 英寸規(guī)格，但目前 SiC 12 英寸襯底量產(chǎn)技術(shù)不夠成熟；二是加工壁壘，SiC 莫氏硬度高達 9-9.5，切割和加工難度大、流程復雜，相關(guān)設(shè)備尚未完全就緒。

問題三：SiC 襯底在 AI 算力芯片散熱方面的需求如何？

隨著 AI 對算力的需求快速提升，SiC 中介層的市場需求也將逐步釋放。

? CoWoS 產(chǎn)能：

根據(jù) Fubon Research 預測數(shù)據(jù)，預計到 2026 年，臺積電 CoWoS 年產(chǎn)能為 108 萬片。基于臺積電現(xiàn)有產(chǎn)能，我們假設(shè)到 2028 年實現(xiàn)滿產(chǎn)，即年產(chǎn)能達到 160 萬片，對于 2029 年及 2030 年，謹慎假設(shè)按照每年同比增長 10% 進行預測。

? SiC 中介層滲透率：

結(jié)合英偉達芯片推出的節(jié)奏（3-5 年的迭代周期），即 2026 年和 2027 年分別推出 Rubin 和 Rubin Ultra 架構(gòu)，我們預計 2026 年 SiC 襯底在散熱方面的需求將出現(xiàn)明顯提升。在尚不考慮基板和熱沉環(huán)節(jié)的 SiC 替代，僅考慮 SiC 使用于中介層這一層的滲透率情況下，我們假設(shè)其滲透率從 2026 年的 5% 提升至 2030 年的 80%。

? 中國所需先進封裝產(chǎn)能：

參照 IEA 預測的中國數(shù)據(jù)中心裝機量在全球的占比，我們假設(shè)中國所需的先進封裝產(chǎn)能占比從 2024 年的 24% 提升到 2030 年的 28%。

綜上所述，我們預計到 2030 年，全球先進封裝中介層所需的 SiC 襯底（以 6 英寸為當量）年需求量約為 620 萬片；到 2030 年，中國所需的先進封裝產(chǎn)能對應(yīng)的 SiC 襯底（以 6 英寸為當量）年需求量約為 173 萬片。若未來在先進封裝的基板層和熱沉領(lǐng)域也推進 SiC 的應(yīng)用，用于 AI 芯片散熱的碳化硅襯底將迎來更加廣闊的市場空間。

四、半絕緣 SiC 襯底是 5G-A 與 6G 射頻通信芯片的必然選擇

伴隨著數(shù)字化、AI 的發(fā)展，信息的交互量指數(shù)級增加，這給無線通信信息傳遞的速率帶來了更高的要求。從 5G 到 5G-A、6G，無線通信所需要的電磁波頻率越來越高，因為高頻段可分配的帶寬更寬；根據(jù)香農(nóng)定理，帶寬越寬，在相同信噪比下通信速率越高，故高頻段通常支持更高速率（但也需克服傳播損耗更大的挑戰(zhàn)）。

GaN-on-SiC 的方案，充分發(fā)揮了氮化鎵和 SiC 各自的材料優(yōu)勢，在 5G-A 與 6G 時代，有望成為市場的主流選擇。GaN-on-SiC 是指使用外延技術(shù)在 SiC 襯底上生長一層氮化鎵薄晶體層的結(jié)構(gòu)。氮化鎵和 SiC 二者相輔相成，SiC 擁有極高的熱導率，作為襯底能快速導出氮化鎵功能層工作時產(chǎn)生的熱量，解決 GaN 自身散熱性能差的短板，避免器件因過熱而失效。氮化鎵作為功能層，其寬禁帶、高電子遷移率等特性可以更好地實現(xiàn)信號放大、電能轉(zhuǎn)換等核心功能。

根據(jù) Yole 預測數(shù)據(jù)，預計到 2029 年，用于射頻器件的 6 英寸半絕緣型 SiC 襯底需求量將達到 14.9 萬片，2024 年至 2029 年期間的復合年增長率約為 11%。由于從 2030 年起，伴隨著 6G 技術(shù)的推進，GaN-on-SiC 方案有望開始上量，假設(shè) 2030 年同比增長 15%，則 2030 年全球半絕緣型 SiC 襯底需求量約為 17 萬片。根據(jù)國資小新數(shù)據(jù)，中國 5G 基站數(shù)量約占全球的 60%。假設(shè)用 60% 這一比例來估算中國對射頻用半絕緣型 SiC 襯底的需求量占比，預計 2030 年中國需求量為 10.2 萬片。

五、SiC 降本是 AR 產(chǎn)業(yè)壯大的必備要素

移動硬件終端的變革往往伴隨著交互模式的革新，AR 眼鏡有望成為“下一代移動硬件終端”。20 世紀末的主機、PC，通過鼠標和鍵盤來實現(xiàn)交互；21 世紀初的按鍵手機、智能觸屏手機在增強便攜性的同時，通過手指直接操作界面，進一步優(yōu)化了交互模式。AR 眼鏡，作為突破了手機、電腦等物理屏幕邊界的終端硬件，能夠?qū)⑻摂M信息疊加到現(xiàn)實世界中，讓用戶無需依賴手持設(shè)備，即可通過語音、手勢、眼動等方式進行交互。但目前 AR 眼鏡存在續(xù)航時間較短、價格較高等產(chǎn)業(yè)化不夠成熟的問題，因此，我們在 2025-2030 年這個階段，對 AR 眼鏡暫且定位為智能穿戴設(shè)備。

光學顯示系統(tǒng)是 AR 眼鏡的核心，約占整個 AR 眼鏡成本的 40% 以上。當前業(yè)界對 AR 眼鏡光學顯示系統(tǒng)的技術(shù)發(fā)展路徑基本確定為表面浮雕衍射光波導。從技術(shù)上看，表面浮雕衍射光波導是通過納米壓印或刻蝕技術(shù)，將模板上的圖案轉(zhuǎn)移到基片上，借助衍射原理，使光線通過表面浮雕光柵被精細地分束并耦合入波導片。在波導片內(nèi)部，光線經(jīng)過全反射傳播后，再由表面浮雕光柵耦出，直接進入人眼。

SiC 材料具備高折射率，成為 AR 眼鏡鏡片的理想材料。SiC 材料相較于玻璃有更高的折射率，常規(guī)折射率在 2.7 左右，高于樹脂和玻璃（折射率通常不到 2）。因此，采用 SiC 光波導片制造的 AR 鏡片具有更廣闊的視場角，還具備全彩集成特性，能夠更好地實現(xiàn) RGB 色彩通道的單層集成，解決彩虹紋效應(yīng)，進而在實現(xiàn)全彩顯示應(yīng)用的同時，大幅降低設(shè)備的重量和厚度。

但是目前 SiC 產(chǎn)品價格較高，制約了 SiC 光波導片在市場的滲透率。從長期來看，SiC 能解決 AR 眼鏡商業(yè)化過程中的重要痛點，且隨著 SiC 產(chǎn)業(yè)鏈的愈加完善，尤其是材料端大尺寸化進展，產(chǎn)能擴張和良率提升實現(xiàn)低成本產(chǎn)品出貨后，AR 眼鏡市場空間將更廣闊。

AR 眼鏡市場規(guī)模測算

目前推出的 AR 眼鏡通常已集成 AI 眼鏡的功能。AI 眼鏡需要的算力和控制功能主要集成在手機上，考慮到目前 AI 眼鏡的價格在千元以上，因此將其作為高端手機配件（智能穿戴設(shè)備）來定義。AR 眼鏡在 AI 眼鏡的功能基礎(chǔ)上增加了增強現(xiàn)實的顯示功能。

假設(shè)一，將 AI 眼鏡用戶，作為手機配件中的高端用戶群體來定義：

根據(jù) Wellseem XR 數(shù)據(jù)，2024 年全球和中國 AI 眼鏡的銷量分別為 153 萬臺和 6.4 萬臺，2025 年 Q1-Q3 全球銷量分別為 60/87/165 萬臺，預計全年銷量 700 萬臺，這和 TWS 耳機發(fā)展初期的滲透規(guī)模基本一致。

TWS 耳機作為手機配件，具有聽音樂等功能，與目前 AI 眼鏡所包含的音頻功能有相似性，且經(jīng)過連續(xù) 6 年的增長以后，市場規(guī)模趨于穩(wěn)定，約為 2024 年全球手機銷量（12.4 億臺）的 25%（約 3 億臺）。根據(jù) Counterpoint 數(shù)據(jù)，2024 年中國智能手機市場 600 美元以上機型的比例約為 28%，假設(shè)高端用戶約占 30%，我們預計 2030 年 AI 眼鏡銷量空間約為 0.9 億臺（3億臺 * 30%）。

根據(jù) Wind 和 Canalys 數(shù)據(jù)，2024 年中國手機銷量 2.85 億臺，約占全球的 23%，假設(shè)作為手機配件的 AI 眼鏡在中國的銷量占比約為全球的 25%。

假設(shè)二，將 AR 功能的 AI 眼鏡滲透情況，參考 TrendForce 預測數(shù)據(jù)推算：

根據(jù) TrendForce 預測，全球 2030 年 AR 眼鏡銷量約為 3210 萬臺，年復合增速約為 94.1%。根據(jù) TrendForce 預測，2030 年中國出貨占比約 50%。

假設(shè)三，AR 眼鏡在 AI 眼鏡的滲透率不斷提升，將采用 SiC 光波導片的 AR 眼鏡用戶，作為 AR 眼鏡中的高端用戶定義：

由于 SiC 光波導片價格更高，我們假設(shè)購買采用 SiC 光波導片的 AR 眼鏡的用戶滲透率為 AR 眼鏡總用戶的 30%，據(jù)此預計 2030 年全球采用 SiC 光波導片的 AR 眼鏡銷量為 963 萬副。

假設(shè)四，SiC 晶圓的尺寸升級與占比預測：

伴隨 SiC 大尺寸工藝不斷成熟，2025-2030 年，8 英寸、12 英寸的滲透率不斷提升。假設(shè) 6 英寸襯底能夠切割出 2 副 AR 眼鏡的光波導片，8 英寸襯底能切割出 4 副，12 英寸襯底能切割出 10 副。

綜上所述，我們預計2030E，全球AR 眼鏡SiC 光波導片，對SiC 襯底（6 吋當量）年需求量約389 萬片，2025-2030E，CAGR~ 166%；2030E，中國AR 眼鏡SiC 光波導片，對SiC襯底（6 吋當量）年需求量約137 萬片，2025-2030E，CAGR~146%。

下游需求高速增長，2027年碳化硅可能將迎來產(chǎn)能缺口

國內(nèi) SiC 市場正處于快速發(fā)展的關(guān)鍵階段，未來五至十年需求驅(qū)動力顯著增強，市場規(guī)模將實現(xiàn)量級躍升。經(jīng)綜合測算，我們預計，到 2030 年，全球以 6 英寸為當量的 SiC 襯底總需求量預計達到 1676 萬片，約為 2025 年需求量（134 萬片）的 12 倍；至 2030 年，中國 SiC 襯底需求量預計達 728 萬片，較 2025 年需求量（84 萬片）增長約 9 倍。

若 SiC 在 AI 芯片先進封裝散熱材料的運用上，能夠?qū)崿F(xiàn)在“基板層”、“中介層”和“熱沉”三個環(huán)節(jié)的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用，我們預計，到 2030 年，全球碳化硅襯底需求量有望達到約 3000 萬片。

根據(jù)深企投產(chǎn)業(yè)研究報告顯示，2024 年底，中國 SiC 襯底（折合 6 英寸）產(chǎn)能約為 400 萬片，超過 2025 年全球預測需求量。按照當前產(chǎn)能規(guī)劃，我們預計到 2027 年 SiC 襯底供需將處于緊平衡狀態(tài)；若 AR 眼鏡滲透率、AI 散熱材料應(yīng)用進展超預期，將出現(xiàn)產(chǎn)能供應(yīng)緊張的可能性；到 2030 年，全球約 1676 萬片至 2915 萬片的襯底需求量，與 2025 年的供給能力相比，存在超過 1200 萬片的產(chǎn)能缺口。

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