士兰微深度研究：解析成长动因，认知平台型功率芯片IDM长期价值

来源:百家号发布时间:2022-03-142207浏览

（报告出品方/作者：长江证券，莫文宇、杨洋、钟智铧）

士兰微：垂直一体化的功率芯片龙头

士兰微成立于 1997 年 9 月，是一家专业从事集成电路以及半导体微电子相关产品的设计、生产与销售的高新技术企业，经过多年深耕已成为国内领先的综合型半导体 IDM 供应商。公司早期采取 Fabless 模式，2001 年成立士兰集成，相继引入 5&6 英寸产线， 2010 年 12 月进入功率模块封装业务，完成 IDM 模式转型，杭州钱塘新区的集成电路芯片生产线目前实际月产出达到 22 万片，在小于和等于 6 英寸的芯片制造产能中排在全球第二位。2015 年 8 英寸产线在杭州下沙落地，公司产线从 150mm 以下向 200mm 扩展。2015 年公司与国家大基金成立士兰集昕，推动 8 英寸线建设，2017 年投产，成为国内第一家拥有 8 英寸生产线的 IDM 产品公司，2020 年实际月产能达到 5～6 万片。 2017 年士兰微电子与厦门市海沧区政府共同签署战略合作框架协议，项目总投资 220 亿元，规划建设两条 12 英寸特色工艺晶圆生产线及一条先进化合物半导体器件生产线，随后在 2020 年 12 月 12 英寸线正式投产，目前 12 英寸线项目正在有序开展，未来化合物半导体产线也将逐步落地，为公司带来持续的产能和产品价值提升的动力。

多年深厚积累成就国内规模最大的 IDM 企业，士兰微的技术与产品涵盖了消费、工业、汽车等众多领域，成长空间持续扩大。经过 20 多年的发展，公司从集成电路芯片设计服务开始，逐步拓展业务至分立器件、LED 等领域，公司已成为 IDM 模式为主要经营模式的综合性半导体产品公司。目前公司业务分为分立器件、集成电路和 LED 三大品类，主要产品涵盖二极管、MOSFET、IGBT、MEMS 传感器、PMIC、IPM、LED 芯片和 LED 应用，应用领域从消费级到工业、车规级等应用持续扩张，产品矩阵伴随客户资源不断扩充。

依托 IDM 模式形成的设计与工艺相结合的综合能力，公司打造产品升级+产能扩张的高速成长路径，各项业务实现高度协同发展，公司整体业务迎来发展黄金期。2015-2020 年，公司营业收入由 19.26 亿增至 42.81 亿，CAGR=17.3%，2021 前三季度收入达 52.22 亿，同比增长 76.18%。2017 年之前公司以 5&6 英寸产品为主，在中小尺英寸上逐步积累晶圆工艺和客户资源；直至 2017 年中公司 8 英寸晶圆一期项目正式投产，而 8 英寸晶圆价格几乎是 5&6 英寸晶圆两倍，营业收入在晶圆价值大幅成长的推动下快速增长，特别是 2019 年 8 英寸晶圆二期投产后，公司 2020 年营业收入年同比上涨了 37.61%。2020 年底公司 12 英寸晶圆一期投产，并在 2021 年上半年开始放量，12 英寸晶圆 ASP 远远领先于其他尺英寸的晶圆产品，带来十分可观的营业收入水平。

一方面是收入在产品升级和产能扩张的基础上大幅增长，另一方面对于技术和资本高度密集的 IDM 模式而言，前期产能的建设对于利润有一定压制。2015-2020 年，在产能大幅扩张的同时公司归母净利润由 0.40 增至 0.68 亿元，增速略低于收入，主要原因系： 1）公司 8 英寸线及 12 英寸线折旧摊销较大；2）LED 业务受行业景气度下行压制整体贡献受到一定影响；3）持续发力推进需研发工作，研发支出逐年上升。

1）回顾公司过去利润情况，公司历年折旧费用伴随产能扩张持续提高，具体来看，2017 年中公司投产 8 英寸晶圆生产线一期，而在 2018 年 8 英寸生产线尚未完全达产，产线折旧提升对利润带来一定影响，随后 2019 年公司继续推动 8 英寸二期生产线建设，并在 2020 年年底投产 12 英寸产线，整体折旧费用在产能大幅增加的基础上亦有一定提升。2019 年全球半导体进入调整期，行业景气不振，致使公司 2019 年新增产能的稼动率相对较低，对整体利润有一定压制，这一情况在 2020 年开始随着行业景气的回升得到了较大的改善。

2）LED 行业景气下行、竞争加剧影响公司过去利润水平，当前随着 LED 行业竞争格局逐步出清、下游需求快速回暖，公司 LED 业务已实现正贡献。自 2015 年以来，我国 LED 行业产能持续扩张，企业竞争不断加剧，致使行业整体盈利能力承受较大压力，公司 LED 业务毛利率也呈现下行趋势。而自 2020 年始，新冠疫情和竞争烈度高企的双重压制下，全球 LED 行业加速推进格局出清，随后在 2020 年年底下游需求快速回升、新兴需求持续释放的驱动下，公司 LED 业务迎来较大改善机遇。2021 年上半年，子公司士兰明芯 LED 芯片生产线基本处于满负荷生产状态，芯片产量较去年同期有较大幅度的增长，产品结构也在不断提升，如加快高亮度 LED 照明芯片产品的开发，并加快进入汽车照明、手机背光等中高端芯片市场，使得 LED 产品综合毛利率上调至 9.53%。

3）近几年公司研发支出不断增加，2020 年达到了 4.86 亿元。公司注重研发的投入和技术的积累，目前已拥有国内一流的设计研发团队和国家级博士后科研工作站，拥有集成电路芯片设计研发人员近 400 人，芯片工艺、封装技术、测试技术研发队伍等超过 2,000 人，研发队伍中拥有博士、硕士超过 400 人。公司持续在高端功率器件、高压集成电路、MEMS 传感器的研发上加大投入，短期内呈现了一定程度的亏损，但长期来看持续的高规模研发支出帮助公司不断优化产品结构，提高技术能力，为未来盈利能力进一步提高打下基础。

利润方面，明显的变化发生在 2021 年，在全球缺芯、新能源产业链快速发展的驱动下，行业景气大幅上行，公司 2020 年年底投产的 12 英寸线稼动率较高，叠加公司产品升级进度持续推进带动整体毛利率提升，公司 2021H 归母净利润达 4.31 亿，同比增长 1,306.52%。值得注意的是，负责公司 12 英寸线建设的士兰集科主要投资人是厦门半导体投资集团，公司本身占 15%的股权，一方面保障了业务管理的一致性，另一方面产线前期的折旧摊销成本得到有效控制，提高了公司整体的提高了利润水平。

公司收入结构上，分立器件作为毛利率高的业务板块其业绩贡献能力持续增强。从2015 年到 2021H，其占比由 43.00%升至 51.66%，毛利率由 23.95%大幅提升至 32.45%；集成电路占比略有下降，自 2015 年的近 40%略降至 33.86%，但毛利率由 29.87%大幅提升至 38.71%；LED 业务占比则由 15.6%下降至 8.9%，2018~2019 年间供需格局恶化、2020 年疫情冲击对公司 LED 业务毛利率有一定影响，随后在全球 LED 景气恢复、我国 LED 供给格局改善的驱动下，2021H 公司 LED 业务毛利率回升至 9.53%。

长远而言，公司盈利能力稳步提升，后续发展可期，2021 年上半年度毛利率、净利率和 ROE 分别达到了 31.60%、12.73%和 11.17%，均为近五年内最高水平，特别是自 2019 年之后，公司的盈利能力有了显著提升。规模扩大背景下，公司降费效果明显。得益于规模效应，2020 年开始公司费用率水平普遍下降，2021H 销售费用率、管理费用率相较 2019 年均有较大改善。2020 年公司财务费用率有所上升，原因是融资规模扩大、利息支出增加所致。

公司股权结构相对分散，核心团队领航公司成长。士兰微实际控制人为陈向东、江忠永、罗华兵、范伟宏、郑少波、宋卫权、陈国华等 7 位创始人，又称为“士兰七君子”，他们通过杭州士兰控股有限公司持有上市公司 36.26%的股权。此外，国家集成电路产业投资基金、厦门半导体投资集.团有限公司持股比例分别为 5.82%、1.5%。

深耕特色工艺技术，产品升级打开广阔市场空间

公司产品线主要划分为功率半导体、集成电路、MEMS 与 LED业务，可以进一步划分为功率器件、电源管理 IC、MCU、MEMS 传感器和 LED 芯片。功率器件包括二极管、晶闸管、BJT、MOSFET 和 IGBT，公司基本实现了功率器件全系列覆盖。公司主要优势在 IGBT 单管和 IPM 模块，2020 年公司在 IGBT 单管和 IPM 模块全球市占率分别为 2.6%、1.6%，位于全球第十、第九。（报告来源：未来智库）

能源革命步履不停，功率器件量价齐升

功率半导体器件也叫电力电子器件，大多数使用状态为导通和阻断两种工作特性，主要用于电流电压的变换与调控。近 20 年来各个领域对功率器件的电压和频率要求越来越严格，MOSFET 和 IGBT 逐渐成为主流，多个 IGBT 可以集成为 IPM 模块，用于大电流和大电压的环境。功率半导体市场规模近几年来持续扩大，2017 年全球规模为 441 亿美元，预计 2024 年将达到 522 亿美元，2017-2024 年 CAGR 为 2.44%。中国拥有全球最大的功率半导体市场，占比 30%以上且逐年上升。2017 年中国市场为 173 亿美元，2024 年预计达到 206 亿美元，2017-2024 年 CAGR 为 2.53%。MOSFET 是功率分类器件领域占比最大的一项，2019 年在全球份额占据了 52.51%。IGBT 是第三大产品，2019 年在全球市场份额占据 9.99%。在中国，2019 年 MOSFET 和 IGBT 市场份额分别为 53.98%和 9.77%，总体比例与全球市场情况基本一致。

新能源车+智能驾驶将会是不亚于智能机的新一轮创新浪潮中的关键方向，而在智能化、电气化趋势下，汽车电子系统无论是安装的数量还是价值仍在不断增长之中。据罗兰贝格估算，预计 2025 年一台纯电动车中电子系统成本约为 7,030 美元，较 2019 年的一台燃油车的 3,145 美元大增 3,885 美元，而其中新能源驱动系统成本较燃油车增加约为 2,235 美元，是电子系统价值量增加的主要来源。

功率器件是新能源车半导体的核心组成，是价值量提升的关键赛道。新能源车对于功率器件的电压、频率、损耗、可靠性、耐高温特性要求较高。新能源汽车系统架构中涉及到功率半导体应用的组件包括电机驱动系统、车载充电系统（OBC）、电源转换系统（车载 DC/DC）和非车载充电桩，每个部件都需要大量的功率半导体对电流电压进行控制。据 Strategy Analytics，纯电动汽车中功率半导体占汽车半导体总成本比重约为 55%，远超传统能源汽车的 21%。随着新能源汽车的发展，对功率器件需求量日益增加，对其性能要求也持续提升，新能源车未来将成为功率半导体器件新的增长点。

新能源汽车行业是市场空间巨大的新兴市场，全球范围内新能源车的普及趋势逐步清晰化，带动功率半导体市场快速增长。据英飞凌预估，随着电气化水平的逐步提升，车用功率半导体的价值量也在不断提升，插电式混动、纯电动车全车半导体价值量可达 950 美元，相比传统燃油车的 490 美元新增的 460 美元车用半导体中，大部分都是功率半导体。以其预计 2030 年全球约 3,600 万台插电式混合动力及纯电动车计算，车载半导体市场空间可达 342 亿美元，其中车功率半导体或将超 132.48 亿美元。

新能源产业链的发电端（光伏、风电）和储能也将为功率半导体带来强劲市场增长动能。据英飞凌，基于零排放假设下 2021~2030 年光伏/风电/储能年新增装机量或将达 420/240/33GW，其中功率半导体成本约为 2~5/2~3.5/2.5~3.5 百万欧元/GW，对应功率半导体市场规模或将达 8.4~21/4.8~8.4/0.83~1.16/亿欧元。

IGBT：新能源的动力心脏

以电为驱动力的电动汽车有着高电压、高功率、高温等特性，功率器件必须适应运行环境，帮助电动汽车更高效、更节能地完成能量的传递和输出。因此，目前功率元器件在汽车上的应用从 MOSFET 转为 IGBT。IGBT 在电动汽车上代替的是场效管 MOSFE T，具有导通压降小、耐压高等优势，能够适应大电流和大电压的工作环境。对于电动车而言，IGBT 直接控制驱动系统直、交流电的转换，决定了车辆的扭矩和最大输出功率等。电机控制器是新能源汽车产业链的重要环节，除了电池以外，电控在整车里的成本占到第二位，约为 15%~20%。IGBT 是电控的核心部件，约占其成本的三分之一，而随着电气化的不断发展、汽车总体功率的不断提升，IGBT 价值量也在持续提升。

IGBT 供需关系紧张，国产化进程提速。随着下游新能源汽车、手机快充等需求的激增，叠加疫情对于生产商供货能力、交付能力的冲击，IGBT 市场处于严重的供不应求的状态，海外大厂 IGBT 交货周期不断延长，产品价格也水涨船高。在市场行情和疫情的双重冲击下，国内厂商迎来了宝贵的国产化机遇。士兰微作为具备充足产能的 IDM 公司，不仅拥有等效 8 英寸规模较大的功率产能，同时抓住机遇扩大 IGBT 产能，未来有望赢得更多市场份额。

公司 IGBT 产品可以分为 IGBT 器件、IGBT 大功率模块（PIM）和 IPM 模块。公司在 2010 年起开始了 IGBT 产品的研发工作，早期主要集中于 8 英寸的 IGBT 单管/PIM 和IPM 研发，其中公司 IPM 功率模块产品率先在国内白色家电、工业变频等市场取得突破。2018 年 8 英寸沟槽 IGBT 开发成本并实现量产。到了 2020 年，FS V 代、RC I、 RC II 代沟槽 IGBT 完成了研发工作，车规级 IGBT 开始研发，2020 年底 12 英寸 IGBT 投产。2021 年士兰开始开发 1700V 级以上电压电力电子 IGBT。

公司在 IGBT 市场具有较强的产品竞争力。2020 年全球 IGBT 市场规模增长到 66.5 亿美元。目前 IGBT 行业主要被海外厂商垄断，公司经过十余年研发投入，在 IGBT 器件上具备了先进技术，例如自主研发的 V代IGBT和 FRD 芯片的电动汽车电机驱动模块，是国内唯一进入 IGBT 器件市占率前十的企业。随着产品种类的丰富和多领域客户的突破，未来公司在 IGBT 领域前景广阔。

乘新能源汽车东风，打入车规级 IGBT 产品。新能源汽车迎来高景气度，随之带来了汽车功率半导体市场的火爆。士兰微从 2020 年开始车规级 IGBT 产品的研发，目前可提供多样化的车规级 IGBT 模块及分立式器件。公司开发了使用沟槽 FS-IV 工艺 IGBT 芯片的 EV 系列模块，其可靠性完全符合最新的 AQG-324 标准。同时，搭载士兰微自主研发的最新 V代 IGBT 和阳极发射效率控制 FRD 技术芯片，为混合动力汽车及电动车设计提供支持，已在国内多家客户通过测试，并在部分客户开始批量供货。

MOSFET：电气化的中坚力量

MOSFET 是一种可以广泛使用在模拟电路和数字电路的场效晶体管，在社会电气化持续推进的驱使下市场规模同样持续扩大。伴随着 5G、PC 及云服务器、新能源汽车的推广，MOSFET 需求愈发旺盛。2020 年全球 MOSFET 市场规模为 80.67 亿美元，而预计 2022 年将超过 90 亿美元。

类似于 IGBT 产品，士兰微在 MOSFET 上同样在持续推进产品的迭代。从 MOSFET技术发展角度而言，产品从低至高端可分为平面型、沟槽型、屏蔽栅型、超级结型，产品的价格也伴随技术价值的增加而不断提升。20 世纪 70 年代末，最初的平面型功率 MOSFET 发展起来；20 世纪 80 年代后期，沟槽型功率 MOSFET 面世，半导体功率器件正式进入电子应用时代。90 年代超结 MOSFET 逐步出现，打破传统“硅限”以满足大功率和高频化的应用需求。2008 年，英飞凌率先推出屏蔽栅功率 MOSFET，半导体功率器件的性能进一步提升。如今，MOSFET 产品已广泛应用于移动电源、快充、无人机、新能源汽车等大量领域。

超结 MOS 有望成为公司 MOS 业务拳头产品。公司 MOSFET 产品涵盖平面、沟槽、屏蔽栅和超结，其中超结 MOS 是公司实现从低端到中高端的跨越。公司的 MOSFET 产品从早期 5 英寸线上的平面 VD MOS 向 8 英寸沟槽低压 MOS、低压分离栅 MOS、超级结高压 MOS 扩充。未来超级结 MOS 有望在经济效益更好的 12 寸上进行扩充，而超结 MOS 在新能源汽车快充、充电桩有更广泛的使用，芯片单价较高，超级结 MOSFET 的量产将优化公司 MOS 产品结构，实现全系列 MOS管的覆盖和收入规模的持续提升。

PMIC：电力控制的“大脑”

电源管理芯片（PMIC）是在集成多路转换器的基础上，集成了智能通路管理、高精度电量计算，以及智能动态功耗管理的器件，可在电子设备中实现电能的变换、分配、检测等电能管理功能，是电子设备中的关键器件。电路系统中的芯片、元器件正常工作所需要的电压各不相同，电源管理芯片将电池、电源提供的固定电压进行升压、降压、稳压、电压反向等处理，用于变换、分配、检测电子设备所需电能，是电子设备的电能供应心脏。电源管理芯片是半导体芯片中应用范围最为广泛的门类；根据其具体用途，将电源管理芯片分为电源管理、AD-DC、DC-DC、栅驱动芯片、功率控制芯片、开关稳压器、 LDO 芯片、接口热插拔芯片和 LED 驱动器。

电源管理芯片市场空间广阔。Market study 统计数据显示，2019 年全球电源管理芯片的市场规模为 211.60 亿美元，预计 2025 年将达 247.90 亿美元，2019-2025 年复合增长率为 2.67%。电源管理芯片广泛应用于通讯设备、消费电子、工业控制、汽车电子、医疗仪器等应用领域，其中，包括手机在内的通讯设备和消费类电子产品是目前电源管理芯片最大终端市场；yole 统计数据显示，2018 年手机通讯设备和消费类电子产品的电源管理芯片消耗量占比为 50.79%，2024 年占比略有下降、为 48.36%。

电源管理市场自给率低，公司作为国内龙头迎发展机遇。目前全球 PMIC 市场格局被海外 IDM 巨头垄断，欧美企业占据了 80%市场份额，以 TI、高通、英飞凌、美信和 ADI 为代表，CR5 达到了 71%。国内电源管理芯片市场正在逐渐突破长期依赖海外供应商的局面，2020 年国产电源 IC CR5 达到 5.2%，CR10 约为 7.5%。公司积极布局 PMIC 产品，2021 年上半年，公司语音识别芯片和应用方案持续在国内主流的白电厂家的智能家电系统中推广，针对智能手机的快充芯片组系列产品也在国内手机品牌厂商得到应用，出货量有显著提高。

早期公司 AC-DC 电路和 LED 驱动电路以 5 英寸线为主，后升级为 5 英寸线&6 英寸线。 2020 年公司研发的针对智能手机的快充芯片组，以及针对旅充、移动电源和车充的 8 英寸线多协议快充解决方案的系列产品，已在国内手机品牌厂商得到应用，出货量有显著提高。目前士兰微 PMIC 主要包括 AC-DC 电路、DC-DC 电路、快充电路、LED 驱动电路和栅极驱动集成电路。

集成电路拓宽产品矩阵，完整解决方案打开价值空间

MCU：控制类产品的重要组成

MCU 是指微控制单元，又称单片微型计算机或单片机，是把中央处理器的频率和规格做适当缩减，并将内存、计数器、USB、A/D 转换、UART、PLC、DMA 等周边接口，甚至 LCD 驱动电路都整合在一张芯片上，形成芯片级计算器，为不同的应用场合做不同组合控制。目前，8 位 MCU 和 32 位 MCU 占据中国 MCU 市场主要的市场份额， 2019 年二者分别占据国内市场 40%和 45%。随着科技发展和生产工艺的进步，未来 32 位 MCU 有望占据更大份额。

2020 年国内 MCU 产品应用领域中，消费电子和计算机与网络领域市场份额最大，分别为 26%和 19%。汽车电子排在第三，为 15%。物联网和新能源汽车行业的快速增长带动下游应用产品对 MCU 产品的旺盛需求，汽车电子整体市场规模迅速增长。2015-2020 年中国汽车电子 MCU 市场 CAGR 为 8.35%，2020 年国内市场规模达到 40.86 亿元。预计 2021-2026 年中国 MCU 市场将保持增长，到 2026 年有望达到 56 亿元。

目前，公司 MCU 产品主要为 8 位、32 位和可编程 ASSP，电控类 MCU 产品广泛应用于工业变频器、工业 UPS、光伏逆变等众多领域。目前公司 MCU产品主要为 8 英寸线委外生产的电控类 MCU。

MEMS：传感器打开新增长空间

MEMS 是指微机电系统，在微电子技术（半导体制造技术）基础上发展起来，是融合了光刻、腐蚀、薄膜、LIGA等技术制作的高科技电子机械器件。MEMS 是一项革命性的新技术，侧重于超精密机械加工，广泛应用于高新技术产业，包括压力传感器、智能手机、平板显示器、手环、导航仪、体感遥控器等。

全球 MEMS 市场规模 2017 年 117.9 亿美元，2023 年市场规模达 309.78 亿美元，年均复合增速 17.5%；2018 年中国 MEMS 市场规模 504.3 亿，到 2021 年市场规模预计达到 850 亿元，2018-2021 年复合增长率为 19%。

公司在 MEMS 传感器市场全覆盖，陀螺仪国内首家。公司 2010 年开始研发 MEMS 产品，2016 年公司完成六轴惯性传感器（三周加速度计+三周陀螺仪）的研发，同时公司完成了空气压力传感器、红外线接近式传感器等多个传感器的研发。公司 MEMS 产品包括压力传感器、加速度计、陀螺仪、微型麦克风、光传感器等，且实现陀螺仪小批量出货，是国内第一家量产陀螺仪的厂商。

2021 年上半年公司 MEMS 传感器产品营业收入突破 1.4 亿元，较上年同期增加 290% 以上。其中加速度传感器等产品在 8 英寸线上实现了批量产出，单月出货量达到 3000 万只。此外，公司红外光感传感器、心率传感器、硅麦克风、六轴惯性传感器等产品市场推广和研发取得了重大进展。

化合物半导体：效率提升打造十年航道

化合物半导体主要包括 GaN、SiC、GaS 等，也称为第三代半导体材料，目前已经实现从研发到规模性量产的成功跨越，并进入产业化快速发展阶段，在新能源汽车、高速轨道交通、5G 通信、光伏并网、消费类电子等多个重点领域实现了应用突破。目前，全球各经济体都以前所未有的力度扶持第三代半导体产业，预计 2020 年底，全球第三代半导体电力电子市场规模接近 9 亿美元，到 2025 年，全球 SiC 电力电子市场规模将超过 30 亿美元，GaN 电力电子市场规模超过 6.8 亿美元。第三代半导体是我国“十三五” 时期重点布局方向，2020 年我国第三代半导体产业整体总产值超过了 7100 亿元，其中电力电子和射频电子总产值超过了 100 亿元，同比上涨了 69.5%。SiC、GaN 电子电力市值规模达到了 44.7 亿元，同比上涨 54%；GaN 微波射频产值为 60.8 亿元，同比增加了 80.3%。（报告来源：未来智库）

硅基氮化镓：高频率低损耗的升级方向

GaN 相比传统的硅，可以在更小的器件空间内处理更大的电场，同时提供更快的开关速度。以常见的手机或笔记本电脑充电器为例，GaN 技术的低电阻和低电容特性，可以有效提高能量转化效率。因此，更多的能量被传输到电池，使其能更快地充电(而不是因充电器不会因为发热升温造成过多的能量损耗)。此外，更快的切换速度，意味着储能无源元件可以大幅缩小(因为它们在每个切换周期中储存的能量要少得多) ，充电器的体积和重量可大幅降低，并向电池提供更多电力。此外，GaN 比硅基半导体器件，可以在更高的温度下工作。在汽车行业，GaN 正成为新能源汽车领域中，电源转换和电池充电的首选技术。基于 GaN 的功率产品，也越来越多地出现在太阳能发电装置采用的逆变器中，以及电机驱动和其他工业电源转换的方案中。

1、目前，硅基氮化镓主要的应用市场为消费电子功率器件。由于硅基氮化镓同时具备高频、耐压地特性，并且具有超低的反向恢复损耗等优点，可以实现更小体积、更高功率和更高的转换效率，使得硅基氮化镓在 PD 快充等消费电子功率器件、新能源汽车的功率半导体中具有极高的市场竞争力。

PD 快充市场爆发，主流手机厂商纷纷入局。2020 年有十家手机厂商推出了 18 款氮化镓快充，包括小米、OPPO、三星等品牌已经将氮化镓快充作为手机标配。由于硅基氮化镓具有高开关频率、高能量密度和高能量转换效率等特点，使得 GaN PD 快充产品拥有更小体积和更高功率，对于消费者而言更易携带且充电效率更快。随着 GaN 技术迭代更新，预计硅基氮化镓会成为未来主流快充技术。

GaN 快充应用市场广，迎来黄金发展时期。据 CASA，在以电商客户为主的充电器市场，2019 年 GaN 功率器件出货量为 300 万颗，而 2020 年达到了十倍增长，出货量达到 3000 万颗。随着 GaN 快充技术应用领域从最开始的手机快充逐渐拓展到笔电、平板、新能源汽车等诸多领域，预计 2021 年 GaN 器件有望达到 1.5 亿颗，GaN 快充市场迎来了黄金发展时期。

下游旺盛的需求使得国内外 PD 快充电力电子器件市场规模快速扩张。2019 年国内 PD 快充 GaN 电力电子器件市场规模为 0.32 亿元，预计 2025 年将达到 43.26 亿元，年均复合增长率达 127%。与此同时，2019 年全球 PD 快充 GaN 电力电子器件市场规模超 3 亿元，预计 2025 年可以达到 82.81 元，年复合增长率达 121%。从上游晶圆需求来看，2020 年国内 PD 快充市场 6 英寸 GaN 晶圆需求为 1.7 万片，到 2025 年可以达到 67.4 万片；2020 年全球 PD 快充市场 6 英寸 GaN 晶圆需求为 3.7 万片，到 2025 年可以超过 120 万片。

多家企业开始推动 GaN 在新能源汽车领域的应用。Nexperia、Transphorm 和 GaN Systems 均推出了自己的车规级 GaN HEMT 商业化产品，丰田则布局汽车全氮化硅电控系统，不仅与日本名古屋大学研发团队合作开发“全氮化镓汽车”，还与宝马合作 GaN Systems 公司，推动氮化镓用于电动汽车。GaN 在提高新能源汽车性能方面有着明显的优势，相比较于 Si 技术，GaN 芯片降低了电压和电流交叉损耗，功率密度最高增加 40%，并降低了系统重量和成本。例如，丰田打造的全氮化镓汽车中通过 GaN 技术，将牵引逆变器效率提高了 20%，提升了电动汽车一次充电的续航里程，同时将 DC-DC 变换器尺英寸减小了 75%，将车载充电器（OBC）尺英寸减小至原来的 1/5，充电效率增加到 98%。虽然 GaN 车用技术仍处于早期发展阶段，但考虑到成本优势和性能优势，这一块市场受到一致看好。

碳化硅：高电压场景的理想材料

硅基器件逼近物理极限，化合物半导体前景广阔。目前绝大多数的半导体器件和集成电路都是由硅制作的，出色的性能和成本优势让硅在集成电路等领域占有绝对的优势，无论是在电力电子领域还是通信射频等领域，硅基器件在低压、低频、中功率等场景，应用也非常广泛。但在一些高功率、高压、高频、高温等应用领域如新能源和 5G 通信等，硅基器件的表现逐渐达不到理想的要求，以三五族为代表的化合物半导体以其性能优势在通讯射频、光通信、电力电子等领域逐步大规模民用化。 SiC 在功率应用上具备多种优势。

SiC 绝缘击穿场强是硅的 10 倍（意味着外延层厚底是硅的 1/10），带隙、导热系数约为硅的 3 倍，同时在器件制作时可以在较宽范围内控制必要的 p 型、n 型，能够在高温、高压等工作环境下工作，同时能源转换效率更高，所以被认为是一种超越 Si 极限的功率器件材料，在新能源领域中具有相比 Si 器件更好的表现。

新能源车带动功率半导体市场需求快速扩容，SiC 功率器件或迎替代机遇。SiC 材料拥有宽禁带、高击穿电场、高热导率、高电子迁移率以及抗辐射等特性，SiC 基的 SBD 以及 MOSFET 更适合在高频、高温、高压、高功率以及强辐射的环境中工作。在功率等级相同的条件下，采用 SiC器件可将电驱、电控等体积缩小化，满足功率密度更高、设计更紧凑的需求，同时也能使电动车续航里程更长。据天科合达招股说明书，美国特斯拉公司的 Model3 车型便采用了以 24 个 SiCMOSFET 为功率模块的逆变器，是第一家在主逆变器中集成全 SiC 功率器件的汽车厂商；目前全球已有超过 20 家汽车厂商在车载充电系统中使用 SiC 功率器件；此外，SiC 器件应用于新能源汽车充电桩，可以减小充电桩体积，提高充电速度。

全球 SiC 衬底、器件厂商对 SiC 市场预期积极，步调接近，显示供应商方面对前景充分看好。如 Cree 预计 SiC 衬底、SiC 功率器件 2024 年市场规模分别可达 11 亿、50 亿美元，2018~2024 年复合增速达 44.47%、51.11%；而 II-VI 更是预计 2030 年 SiC 市场规模将超 300 亿美元，2020~2030 年复合增速高达 50.60%。此外，Rohm、ST半导体、英飞凌等厂商亦对 SiC 市场未来增长持有强烈的信心，凸显行业上行趋势的强劲。

未来五年将是化合物半导体产业发展的关键时期，国内企业卡位争夺日趋激烈。2020 年底，国内已有超过 170 家从事第三代半导体电力电子和微波射频的企业，而 2018 年不足 100 家。资本市场持续关注第三代半导体产业的发展，2020 年扩产金额接近 700 亿元，较 2019 年同比增长 161%。

公司积极布局化合物功率半导体，由厦门士兰明镓公司推进化合物半导体器件生产线项目建设。2018 年起公司重点研发硅基 GaN 功率器件以及完整的应用系统，同时加快 SiC 功率器件中试线的建设，在 2021 年二季度已实现通线。未来，公司化合物半导体研发方向为先进化合物器件、高端 LED 芯片、第三代化合物功率半导体。

产能+产品齐发力，特色工艺领域 IDM 模式具备天然优势

公司产线建设目光长远，为后续产能提升奠基。士兰微产能提升路径可以总结为扩径+ 扩产+扩道。扩径即从 5&6 英寸线逐步扩展到 8 英寸线和 12 英寸线；扩产主要针对 8 英寸和 12 英寸晶圆产品，在一期产线基础上启动二期产线，扩大产能；扩道便是从晶圆产品扩展到第三代化合物半导体，增添新成长源。

扩径：5&6 英寸产线从 2010 年起开始产能爬坡，到 2017 年基本达到规划建设产能的阶段峰值。与此同时，在产品矩阵不断丰富的驱动下，5&6 英寸晶圆价格价格稳定提升，2015 年单片均价为 543 元，而 2020 年上涨到 617 元。大尺英寸晶圆可以用来设计更复杂的芯片，单片均价更高，于是从 2017 年公司正式投产 8 英寸线产品，并在 2020 年正式投产 12 英寸产线，基于更高端生产线开发产品。

扩产：从士兰微 8&12 英寸晶圆产线扩充历程来看，公司扩产思路明晰。士兰集昕 8 英寸产线在 2017 年正式投产，成为国内第一家拥有 8 英寸产线的 IDM 公司，并在 2019 年开启二期工程扩大产能优势。2021Q3 士兰集昕扭亏为盈，正式迎来产能充分释放的黄金阶段。对于 12 英寸产线建设，2017 年公司与厦门半导体投资集团合作建设两条以功率器件、MEMS 为主的 12 英寸产线，2020 年末 12 英寸晶圆产线正式投产，并在 21 年开启 12 英寸二期项目建设，22 年底预计形成 6 万片月产能，预计未来 12 英寸产能还有进一步提升空间。

扩道：公司注重在半导体产业链的布局，2017 年第公司与厦门半导体投资集团合作，共同建设一条 4/6 英寸兼容先进化合物半导体器件生产线，有利于发挥公司 IDM 模式在先进化合物半导体生产线的技术、市场、人才、运营等方面的优势。 2021 上半年士兰明镓实现了月产 4 英寸芯片 5 万片的产能，未来将提升到 7 万片 /月。同时，公司硅基 GaN 化合物功率半导体器件研发持续推进，SiC 功率器件的中试线已经 2021 年二季度实现通线。

缺芯背景下产能为王，IDM 模式赋予公司成长动能。士兰微作为 IDM 公司，公司实现了从制造到封装的模组化能力，特别是目前缺芯行情下，公司的充足产能给公司带来成长优势。公司在晶圆制造领域实现了多元布局，拥有行业内领先的晶圆制造能力：

士兰集成负责公司 5&6 英寸特色工艺线，2021H 基本处于满负荷生产状态，实现了月产出约 22 万片，5 英寸以双极型电路、开关管、稳压管、肖特基管、快恢复管、ESD 保护器件、双极性三极管为主，6 英寸以平面高压 MOS 管为主、IGBT、 BCD 电路。士兰集成通过加强成本控制，加快产品结构调整，经营利润较上年同期有明显上升。根据 IC Insights 统计，截至 2021 年 2 月，公司在“≤150mm Wafers”（6 英寸及以下）的芯片制造企业中，生产规模居全球第 2 位。

士兰集昕的 8 英寸产能不断攀升，截至 2020 年 12 月底，士兰集昕已建成月产 8 英寸芯片 6 万片的生产能力，2021H 总计生产 8 英寸芯片达 31.65 万片，2020- 2022 迎来了产能的快速释放，同时二期项目也正稳定推进中，未来 8 寸产能有望进一步释放。士兰集昕在保持较高的产出水平的同时，加快产品结构调整步伐，附加值较高的高压超结 MOS 管、高密度低压沟槽栅 MOS 管、大功率 IGBT、ME MS 传感器等产品实现大批量生产，产品毛利率提高到 18.35%，并在二季度实现连续盈利。

士兰集科在 2020 年底正式投产 12 英寸晶圆，2021 年 6 月份芯片产出达到 1.4 万片，预计 2021 年年底实现月产出 3.5 万片，2022 年底实现月产能 6 万片。

2021 年上半年士兰明镓实现月产 4 英寸芯片 5 万片的产能，并加快新产品开发， Mini RGB 芯片和银镜芯片导入量产。2021 年下半年加大芯片生产线的投入，争取实现月产 4 英寸化合物芯片 7 万片的生产能力。

除晶圆制造外，公司积极布局封装、外延片以及 LED 业务，业务布局多元化，在特色工艺领域坚持走 IDM 的模式，产品设计研发和工艺制造平台同时发展，形成了特色工艺技术与产品研发的紧密互动。

021H 成都集佳持续扩大对功率器件、功率模块封装生产线的投入，营业收入较上年增长了 103.64%。目前，成都集佳形成年产功率模块 7000 万只，年产工业级和汽车级功能模块 80 万只，年产功率器件 9 亿只，年产 MEMS 传感器 2 亿只，年产光电器件 3000 万只的封装能力。

2021 年上半年成都士兰半导体在硅外延芯片生产线保持了稳定产出，形成年产 70 万片硅外延片芯片（涵盖 5、6、8、12 英寸全尺英寸）的生产能力。下半年士兰半导体将加大 12 英寸外延芯片生产线投入。

2021 年上半年公司 LED 产品（包含士兰明芯的 LED 芯片和美卡乐光电公司的 LED 彩屏像素管）业务经营良好，营业收入为 2.94 亿元，较去年同期实现了 110.84%的上涨。 LED 芯片产量 1324.91 亿颗，产销率为 107%。

目前士兰明芯 LED 芯片生产线已处于满负荷生产状态，LED 产品毛利率提高至 6.87%。士兰明芯在巩固传统 LED 彩屏芯片市场份额下，加快了应用于高密度（COB）彩屏的倒装 Mini-LED 芯片和液晶屏智能区域背光的 Mini-LED 芯片的研发以及客户拓展，加快高亮度 LED 照明芯片产品的开发，并加快进入汽车照明、手机背光、景观照明等中高端市场。

2021 上半年美卡乐光电 LED 封装生产线保持稳定运行，其“4 合 1”新产品在国内大客户端逐步上量，对小间距彩屏市场拓展也取得明显成效。

完善的技术研发体系助力产品技术不断升级。公司已经建立了可持续发展的产品和技术研发体系，近几年来凭借着高强度的研发投入和技术积累，公司陆续完成了国内领先的高压 BCD、超薄片槽栅 IGBT、超结高压 MOSFET、高密度沟槽栅 MOSFET、快恢复二极管、MEMS 传感器等工艺的研发，形成了比较完整的特色工艺制造平台。这一方面保证了公司产品种类的多样性，另一方面也支撑了公司电源管理电路、功率模块、功率器件、MEMS 传感器等各系列产品的研发。与此同时，公司依照产品的技术特征，将技术研发工作根据各产线进行划分，根据市场需求的变化不断进行产品升级和业务转型，保持了持续发展能力，持续推动新产品的开发和产业化。（报告来源：未来智库）

投资分析：盈利公式解析成长动能

我们认为，公司盈利来源主要由 ASP、产能、稼动率、毛利率、费用五因素驱动，接下来我们将在前文基础上从这五大方面总结公司成长动能。

1、ASP 提升主要由产品、晶圆和客户三升级支撑：

产品：结构升级，主要表现为长周期公司业务向高毛利板块倾斜，短周期公司各项产品毛利均有改善。2021H 公司 5&6 英寸产能持续爬坡，产品主要为 AC-DC 驱动等，ASP 达到 636 元/片。2016-2017 年，8 英寸线开始投产，近年来产品种类持续丰富，营收展示出快速增加的趋势，ASP 也从 2017 年约 928 元/片提升到了 2021H 的 1,681 元/片；2020 年年底，12 英寸线投产并于 2021H 开始贡献收入， 12 英寸产品 ASP 达 3,521 元，且未来 ASP 有望进一步提升；

晶圆：公司持续升级产品线，加快 12 英寸工艺研发，大尺英寸晶圆的引入为产品品质升级及类别扩充提供契机，同时为营收增长引擎；

客户：加速下游高毛利市场的渗透，导入大客户，增大单一客户产品应用范围。

公司立足消费市场，不断优化产品结构，实现头部客户的产品放量：在消费领域，公司覆盖了手机、白电、小家电、电动工具、移动设备、充电设备等市场。MEMS 传感器打入小米、华为等国内大客户；PMIC 抓住快充 PD 芯片的机遇，加速导入国内手机厂商； IPM 模块在白电大客户快速放量，开始替代安森美在国内的市场份额。

发力工控、新能源汽车、光伏等市场，借力碳中和之风，实现市场升级：从毛利率和盈利能力来讲，分立器件市场，新能源汽车＞工控=消费级（40%>30%=30%）。公司加快工控、新能源汽车、光伏等领域的渗透，工控导入汇川、英威腾等大客户，新能源汽车实现对零跑 A0 的批量供货和其他主机厂的定点，光伏领域加速与头部逆变器厂商的产品验证，未来随着市场升级，公司 ASP 也将有进一步提升。

2、产能：近年来 8 英寸晶圆产能持续爬坡，12 英寸晶圆扩产加速。士兰集成负责公司 5&6 英寸特色工艺线，2021H 基本处于满负荷生产状态，实现了月产出约 22 万片；士兰集昕的 8 英寸产能不断攀升，截至 2020 年 12 月底，士兰集昕已建成月产 8 英寸芯片 6 万片的生产能力；士兰集科在 2020 年底正式投产 12 英寸晶圆，2021 年 6 月份芯片产出达到 1.4 万片，预计 2021 年年底实现月产出 3.5 万片，2022 年底实现月产能 6 万片。若考虑 8 英寸线二期项目扩产、同时士兰集科第一条线以规划 8 万片计，公司折合 8 寸片总产能接近 40 万片/月（暂不包含士兰明镓），整体产能居于国内前列，我们预计未来随着公司 12 英寸产能占比和营收贡献占比的不断提升，公司整体营收规模和 ASP 有望持续提升。

3、行业高景气+缺芯情况显著，公司产品满产满销。2021 年行业收入增速超 50%，归母净利润增速超 150%；预计未来行业收入及归母净利润仍增速维持 20%以上，行业持续高景气。行业高景气度背景下缺芯情况越发显著，受疫情、自然灾害、8 英寸晶圆边际扩产小等因素影响，行业持续缺芯，海外功率大厂各类功率器件交货周期延长。