美國當地時間3月1日,特斯拉在其投資者大會上沒有推出外界預期中的換代產品,但在展示多個技術發展路線圖時,向預期想要憑借電動汽車得到大發展的碳化硅(SiC)市場開啟了“核打擊”。
特斯拉方面表示,特斯拉下一代動力總成將減少75%的碳化硅用量,占地面積減少50%,而總成本將比當前一代減少1000美元。
消息一出,相關概念股受到影響而大跌。外界都在猜測特斯拉將采用何種技術路線能如此大幅降低碳化硅用量,但目前尚無定論,有的猜測是用IGBT加碳化硅的方案替代原來的全碳化硅方案;有的猜測是器件工藝出現突破,碳化硅芯片面積大幅縮小;有的猜測通過軟件優化開關模式,定制微處理器協調各功率器件工作狀態,從而減少了所需功率器件數量。
不管是哪種路線,如果碳化硅用量減少75%的特斯拉新動力總成方案能順利落地,顯然將嚴重打擊碳化硅的市場前景,有可能引發碳化硅市場的慘烈價格戰。
沒有人對碳化硅器件的性能有質疑,由于采用了寬禁帶半導體技術,與普通硅功率器件相比,碳化硅功率器件在功率密度、散熱性能、可靠性和尺寸等諸多方面均有明顯優勢,因而碳化硅技術開始工程化落地后,就備受功率市場關注。
幾乎各方面的性能都比硅功率器件出色,但與硅功率器件的市場規模相比,碳化硅功率器件仍然只是小眾市場,最主要的原因就在于其價格太高了。
碳化硅工藝晶圓生長慢、良率低,目前最先進的碳化硅制造工藝也只能做到8寸線,所以雖然各大廠商紛紛擴產,但產量仍然不高,成本就居高不下。極高的成本,讓碳化硅只能用在電動汽車動力總成、工業和能源等對性能要求超過對成本關注的有限領域。
碳化硅在汽車市場的快速增長,正是由2018年特斯拉將碳化硅引入到Model 3而觸發。作為第一款真正走量的電動汽車,Model 3動力總成將IGBT模塊全部換成碳化硅模塊,同等功率等級下,碳化硅模塊尺寸更小,開關損耗可降低75%,系統效率可以提高5%左右。
高性能、低損耗的代價是高成本,僅將動力部分IGBT替換成碳化硅之后,采購成本上升近1500元。雖然動力總成的成本上升了,但是由于能效利用率提高,所以同等續航能力用的電池數量減少,綜合起來成本并沒有升高。
在特斯拉成功導入碳化硅之后,其余新能源汽車廠商紛紛跟進,碳化硅產能瞬間吃緊,而隨著新能源汽車的滲透率不斷提升,碳化硅需求量越來越大,特別是經歷了2021年的車規芯片大缺貨之后,汽車芯片市場迎來了擴產潮。
但是,就是因為碳化硅器件價格還是很貴,全碳化硅動力總成增加的成本還是讓特斯拉對碳化硅技術動手了。
如果特斯拉真的將碳化硅的用量減少75%,那對碳化硅市場幾乎是毀滅性打擊。幾乎所有的碳化硅市場預測,包括主要碳化硅廠商的擴產計劃,都是以碳化硅在電動汽車市場的超高增速為基礎而得來的。如果這一基礎不存在了,那么這些年在飛速擴產的碳化硅廠商將不得不考慮新的應用市場,但是又有哪些應用能有足夠的量吃下這些價格偏貴的碳化硅呢?
(圖源:Yole)
碳化硅價格戰似乎不可避免。任何時候都不能低估整車或整機行業標桿企業的技術路線的重大改變對芯片供應商的影響,典型例子就是蘋果公司在iphone X時棄用了之前一直應用的指紋識別,導致指紋識別芯片大廠匯頂科技的市值一年暴跌超過千億。
不過,特斯拉并沒有明確減少的75%是指用量,還是成本。雖然特斯拉動力總成副總裁柯林·坎貝爾也說了減少用量是基礎選擇,但也可能是雙管齊下,通過減少用量和技術進步綜合,把全碳化硅動力總成的成本降低到原來的75%。
柯林·坎貝爾的原話是“減少碳化硅用量一定是特斯拉的重要選擇(So using less of it is a big one for us.)”。所以,還存在其他技術手段來降低成本,畢竟特斯拉產品換代頻率很低,Model 3還是2018年的產品,通過幾年的技術迭代,可能碳化硅器件用量不減少,這部分的成本都可以降低為原來的75%。
在“碳化硅學習筆記”公眾號發表的《“包角溝槽”故事集4—TESLA換用Gen4溝槽SiC MOS芯片面積成本降低75%?》一文中,就對此進行了分析:Model 3采用了48顆ST產出的碳化硅平面MOSFET,型號為DK026,芯片面積很大,晶圓良率低,成本有點太高。如果換上Rohm最新的第四代溝槽MOS,型號為SCTX710,電流標稱值170A,十二顆Gen4 MOSFET,5.5mm*6mm,算算芯片總面積,確實比Model 3時代占用的碳化硅晶圓面積少了75%以上,如果再加上現在碳化硅器件良率不斷改善,動力總成中的碳化硅成本可能降低的還不止75%。
當然,在特斯拉未公布其換代產品之前,外界的猜測只是猜測。不管是減少用量,還是通過技術迭代實現降本,抑或兩者結合,新能源車廠商都向碳化硅芯片廠商發出了明確的信號:現在的碳化硅太貴了!
隨著新能源車市場競爭不斷加劇,新能源車企必須在主流車型上面錙銖必較。有了標桿廠商的引領,降低碳化硅成本的趨勢將可能極快蔓延開,碳化硅的敦刻爾克時刻似已到來,眾多碳化硅芯片廠商老板需要在不長的時間內做出決策:到底是繼續死扛擴產,還是暫時戰略性撤退以保存力量?