半导体未来四大发展方向
摘要：由于半导体行业体系庞大，理论知识繁杂，我们将通过多个期次和专题进行全面整理讲解。本专题主要从半导体未来四大发展方向进行讲解，让大家更准确和全面的认识半导体地整个行业体系。我们分为半导体知识、半导体“芯”闻几个模块，欢迎各位大佬交流学习。
4.1 第三代半导体材料
随着半导体技术的持续突破与新能源、5G通信、高端算力等终端需求的升级， 功率半导体材料正加速代际迭代。半导体材料包括硅、砷化镓、氮化镓、碳 化硅。 从技术演进脉络来看，功率半导体材料按代际可划分为三类。第一代以硅为 核心，技术成熟，支撑了中低压、中低频场景的基础需求；第二代以砷化镓 为代表，凭借高频、抗辐射特性拓展了光电子与通信领域的应用；第三代则以氮化镓、碳化硅为典型，二者作为宽禁带半导体，具备高击穿电场、高热导率等优势。
图：主要半导体材料参数对比
4.1.1 碳化硅概述
碳化硅是由硅与碳构成的化合物半导体，在主流品类4H-SiC中，凭借 3.26eV 宽禁带（约为硅的3倍）、3×10⁶V/cm击穿场强（约为硅的 10倍）的核心 性能优势，得以在新能源汽车、光伏发电等高压应用场景中实现低电能损耗 运行。
伴随着新能源汽车、5G基站等产业的发展，碳化硅衬底与外延市场竞争加剧， 国内外厂商加速8英寸量产布局以争夺技术高地。 在全球碳化硅衬底/外延领域，国外厂商凭借先发优势与技术积累积极推进8 英寸产品量产。美国的Wolfspeed 计划 2025 年上半年在北卡罗来纳州新工 厂开启8英寸碳化硅大规模量产。Resonac规划 2025年量产 8英寸产品， 借助在导体材料领域的深厚积累稳固技术优势。2022年法国Soitec携手意 法半导体共同开发8英寸碳化硅晶圆，新工厂于2023年下半年投入运营， 有力促进欧洲产业链协同发展。
图：国内外碳化硅衬底/外延厂商进展情况
4.1.2 氮化镓概述
氮化镓是氮与镓构成的无机物，同时也是一种具有直接能隙（direct bandgap）的半导体。它具有宽带隙、低导通电阻、高电子迁移率及良好热 导率的综合优势，其中凭借3.39 eV的宽带隙（约为硅的 3倍）、3.3×10⁶ V/cm 的击穿场强（约为硅的11倍），能够在数据中心、新能源汽车、储能 系统、光伏发电等高压场景中实现低损耗运行；不过，氮化镓的热导性与热 氧化性能相较于硅和碳化硅仍存在差距。 全球氮化镓半导体器件市场规模呈现持续增长态势。弗若斯特沙利文数据显 示，2024 年全球氮化镓半导体器件市场规模约为 32.28亿元（同比+83.4%）， 预计到2028 年，市场规模将达到501.4亿元。
4.2 算力芯片
人工智能是研究计算机模拟人类智能的学科，核心目标是让机器执行感知、 推理、决策与学习等任务。作为人工智能的关键技术支撑，深度学习模型 分为训练阶段与推断阶段：训练是模型构建能力的基础，只有完成训练且 达标的模型，才能投入使用并进入推断阶段，而推断阶段可让模型最终实 现信息认知或结果预测。 深度学习模型是人工智能的最佳实现算法。传统机器学习需人工设置数据 标签与规则才能应用，难以实现真正的智能；而深度学习模型则让机器从 海量数据中自动提取规则、“学习”知识，因此成为实现AI的最佳算法。
GPU（图形处理器）是处理图像与图形运算的协处理器，应用于个人电脑、 工作站及智能手机、平板电脑等移动设备。GPU以通用计算为核心，凭借高 灵活性服务于AI模型训练阶段，代表产品英伟达GB200的FP8算力 5000 TFLOPS，功耗 1400 W，内存 192 GB。
图：GPU与TPU参数对
图：海内外GPU芯片产品性能对比
4.3 射频通信芯片
射频通信是一种通过射频信号进行信息传输的无线通信技术，广泛应用于移 动通信、卫星通信、雷达系统等领域。其主要功能包括电磁波的产生与传播、 信号的调制与解调以及电路与器件的应用等
图：射频通信被广泛应用于移动通信、卫星通信、雷达系统等领域
其中，射频（Radio Frequency）是高频交流变化电磁波的统称，频率范围 为3kHz 至 300GHz。根据麦克斯韦电磁场理论，振荡的电场会激发振荡的 磁场，而振荡的磁场又会产生新的振荡电场，这些相互耦合的振荡电磁场会 在空间中持续向外传播，最终形成电磁波。
图：射频主要分类、波长及用途
RF IC（射频集成电路）是半导体模拟 IC的重要组成部分。它会将无线通信 与信号处理过程中所需的核心电子元件（如放大器、滤波器、调制解调器等） 集成到单个芯片上，大幅简化射频系统的结构并提升稳定性。
图：RFIC是半导体模拟IC的重要组成部分
4.4 高宽带存储
存储器是存储程序与数据的部件，是计算机具备记忆功能、实现正常工作的 基础。数据存储分为易失性存储器（含DRAM、SRAM等）与非易失性存储 器（含NAND FLASH、NOR FLASH 等）两类
图：数据存储的分类
HBM（High Bandwidth Memory，高带宽存储器）是一种基于 3D 堆叠技 术垂直堆叠多个DRAM芯片的高带宽存储芯片，具备高带宽、高容量、高 速传输、低延迟、低功耗的核心特性，因此被广泛应用于高性能计算、数据 中心、人工智能等核心领域。
图：HBM性能远超GDDR，是当前GPU存储单元的理想解决方案
我们看好第三代半导体材料、先进算力芯片、射频通讯芯片及高带宽存储四 大发展方向。数据来自：聚源数据，爱建证券研究所，仅供参考。
（转自：半导体行业前沿）