SiC的超效能力：駛向高壓快充，賦能AI算力，引領AR光電革命！

當第三代寬禁帶半導體的技術紅利與新能源、人工智能、通信、增強現實四大高增長產業浪潮強勢交匯，碳化硅（SiC）已邁入高速增長的關鍵臨界點。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，更成為驅動四大產業實現效率革命的關鍵支撐。其應用場景已突破功率器件范疇，向散熱材料、光導基底等多元領域延伸，整個行業正加速駛入需求爆發的 “快車道”。

在新能源產業領域，碳化硅的市場滲透與超充快充技術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、降低能耗的顯著優勢，碳化硅有力推動了超充網絡的規模化落地。據測算，到 2030 年全球充電樁及超充領域的碳化硅襯底需求將達 51 萬片，其中國內需求占 29 萬片。同時，在新能源汽車、光儲等場景的協同拉動下，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提升已成為新能源賽道發展的明確主線。

而人工智能、通信、增強現實三大領域的 “多輪驅動”，進一步釋放了碳化硅的增長潛力。在人工智能產業中，算力持續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 年全球人工智能領域碳化硅襯底需求達 73 萬片；在通信射頻領域，5G - A 與 6G 技術的演進推動器件升級，GaN - on - SiC 方案憑借優異的散熱性能和高性能優勢成為主流選擇，2030 年全球射頻用半絕緣型碳化硅襯底需求將達 17 萬片；在增強現實產業中，碳化硅的高折射率特性使其成為光波導基底的理想材料，為增強現實眼鏡的輕量化、全彩化升級提供關鍵支撐，2030 年全球增強現實眼鏡領域襯底需求將高達 389 萬片。

值得關注的是，當前碳化硅行業正處于 “需求蓄勢爆發、產能供需緊平衡” 的關鍵前夕。預計 2027 年碳化硅襯底將出現供給緊張態勢，甚至可能面臨產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 萬片的產能缺口。其中，人工智能中介層、新能源汽車、增強現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用賽道的滲透邏輯、產能格局及產業機遇，具有重要的行業參考價值。

當第三代寬禁帶半導體的技術紅利與新能源、AI、通信、AR 的產業浪潮形成共振，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 四大高增長產業實現效率革命的關鍵支撐，其應用已從功率器件向散熱材料、光導基底等領域延伸，行業即將進入需求爆發的 “加速度階段”。

一、碳化硅材料特性適配多產業核心需求

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鍵性能參數上表現突出，正全面滲透新能源、人工智能、通信、增強現實四大核心產業，成為推動各領域技術迭代與效率革新的核心支撐材料。

在新能源領域，碳化硅耐高壓、耐高溫、低能量損耗的核心特性，使其成為實現產業 “高效節能” 目標的關鍵元器件。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；在光伏發電和儲能系統中，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、光伏發電的消納能力。

在人工智能產業中，碳化硅器件的應用呈現雙重價值。一方面，其能夠適配 800V 及更高電壓的配電架構，在變電站 AC/DC 整流、固態變壓器及中壓 DC/DC 轉換等關鍵環節發揮重要作用；另一方面，依托優異的高導熱特性，碳化硅為摩爾定律逼近物理極限背景下，先進封裝技術面臨的散熱難題提供了有效解決方案。

在增強現實產業中，碳化硅的高折射率特性助力終端設備實現更寬廣的視場角，同時有效解決了彩虹紋等技術痛點。在推動增強現實眼鏡實現輕量化設計、全彩顯示效果及長續航能力等方面，碳化硅扮演著不可或缺的角色。

在射頻應用領域，碳化硅襯底兼具良好的散熱性能與較高的開關頻率，隨著 5G - Advanced 與 6G 技術的持續演進，其有望成為下一代射頻芯片襯底的核心發展方向。

二、突破硅基瓶頸，碳化硅引領新能源產業邁入超高效時代

2.1 800V 高壓平臺加速普及，碳化硅成技術升級關鍵

新能源汽車搭載 800V 高壓平臺并配合超級快充技術，可實現 “充電 10 分鐘，續航超 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航里程，而碳化硅材料正是這一技術突破的核心支撐。

800V 高壓平臺已成為新能源汽車電驅系統的主流發展趨勢，電壓等級的提升本質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，電壓提升帶來了續航增加、電機體積縮小、充電速度加快等多重優勢。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、銅損和發熱量成倍增加，傳統 400V 平臺難以規避這一問題；而提升電壓至 800V 后，系統效能顯著提升，但傳統硅基 IGBT 器件在高壓環境下導通損耗和開關損耗劇增，無法滿足性能需求，碳化硅材料由此成為最優選擇。

價格曾是制約高壓平臺普及的關鍵因素，隨著技術成熟與成本下降，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%，應用車型價格區間已下探至 10 - 15 萬元。

800V 并非碳化硅應用的終點。為保障系統安全，碳化硅 MOSFET 的耐壓等級需高于車輛電壓平臺，如 400V 平臺對應 650V 器件，800V 平臺對應 1200V 器件。目前，新能源汽車系統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 1500V 碳化硅功率芯片的自主研發與量產。

2.2 碳化硅在新能源汽車中的多元應用場景

新能源汽車高壓平臺的電壓提升，核心體現在主驅逆變器上。碳化硅 MOSFET 具備高頻開關、低導通電阻的特性，有效降低了能量損耗，其高電流密度優勢助力系統實現小型化，不僅大幅減小了電驅尺寸，還降低了運行噪音與電機系統磨損。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。

隨著主驅逆變器電壓等級的提升，DC - DC 轉換器需采用碳化硅 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，新能源汽車空調壓縮機需同時承擔座艙、電池系統及電機電控的熱管理任務，采用碳化硅 MOSFET 后，空調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，空調壓縮機便選用了碳化硅器件。

2.3 新能源汽車領域碳化硅襯底需求測算

碳化硅襯底在新能源汽車領域的市場需求，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，核心參數與結果如下：

• 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 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，省去車載充電機轉換環節，大幅縮短充電時間。目前，華為、比亞迪、特斯拉等企業已入局兆瓦級快充領域競爭。

從技術實現來看，直流充電樁通過電源模塊并聯堆疊和提升模塊功率密度實現高功率輸出。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計。

政策層面持續加碼助力高壓直流充電樁發展。2025 年下半年，《關于促進大功率充電設施科學規劃建設的通知》《電動汽車充電設施服務能力 “三年倍增” 行動方案（2025—2027 年）》《電動汽車供電設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施建設目標、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，成為政策落地的關鍵支撐。

• 2025 年 6 月 13 日，國家發改委等部門聯合發布《關于促進大功率充電設施科學規劃建設的通知》，要求到 2027 年，單槍功率達到 250kW 及以上的大功率充電設施數量超過 10 萬臺。

• 2025 年 9 月 24 日，國家發展改革委等部門印發了《電動汽車充電設施服務能力“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，在全國范圍內建成 2800 萬個充電設施，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，強調了高壓直流充電樁的滲透率：開展交流充電設施、800 伏以下電壓平臺充電設施的更新改造；到 2027 年底，全國城市區域新增 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，在高速公路服務區新建或改造 4 萬個功率在 60 千瓦以上的“超快結合”充電槍，并鼓勵建設大功率充電設施。

• 2025 年 10 月 5 日，國家市場監督管理總局批準發布了 GB46519-2025《電動汽車供電設備能效限定值及能效等級》，新標準將直流充電設備的能效分為 3 個等級，其中一級能效要求整機加權效率不低于 96.5%。該標準將于 2026 年 11 月 1 日起正式實施，而能夠將充電樁效率提升至 97% 以上的 SiC 解決方案，則成為達標的關鍵路徑。

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 2028 年至 2030 年延續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（根據恒瑞達數據，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。考慮到在 2030 年以前，電網側仍將以 UPS 或 HVDC 為主導，因此假設 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%。假設用高壓快充（240kW 及以上）的滲透率來類比 SiC 滲透率，則根據中國充電聯盟數據，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 Yole 數據，2029 年大功率直流樁占比預計約為 45.8%，假設到 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堆疊組合數量來實現高功率充電需求，根據行家說報告，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 350kW 的電源模塊需要 96 (12x8) 顆 SiC MOSFET 和 336 (12x28) 顆肖特基二極管。對應地，一片 6 英寸 SiC 晶圓能夠生產大約 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展，SiC 的需求量還有 3 倍以上的增長空間。

? 全球充電樁相關情況：

由于缺乏全球高壓直流充電樁的相關詳細數據，我們參考百諫方略（DIResearch）對于全球充電樁的統計和預測數據，并假設中國在全球新能源汽車充電樁市場中的銷量占比，即對應為 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的高效能引擎

在光伏發電環節，SiC主要應用于光伏逆變器中。光伏逆變器的核心功能是實現“直流電到交流電”的轉換。太陽能電池板（如單晶硅、多晶硅電池等）產生不穩定的直流電，光伏逆變器需要將其轉化為符合電網或負載要求的交流電。

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

光伏逆變器與儲能變流器對SiC的需求量：

根據Yole報告的預測，到2030年，全球光伏和儲能領域對6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，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。參考光伏行業協會、頭豹產業研究院和IEA的數據，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%區間波動。參考CNESA和BNEF的數據，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。

綜合上述數據，我們謹慎假設，中國光伏和儲能領域對SiC襯底的需求約占全球的32%，測算得出，到2030年，中國光伏和儲能領域對6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產業潛力

在AI數據中心領域，SiC器件主要應用于AI功率器件和散熱層。在AI功率器件方面，SiC器件將用于AI數據中心的兩大電能轉換環節：一是從電網到數據中心的電流轉換，二是數據中心內部的電流轉換。在散熱層方面，SiC主要作為CoWoS技術的中介層，也有望進入基板和熱沉環節。

3.1 SiC是AI數據中心電源系統升級的關鍵

自2022年生成式AI大模型爆發以來，算力需求呈現指數級上升，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算力基礎設施建設的高速增長。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，單位機柜功耗從傳統數據中心的4~6kW逐漸增加至AI數據中心的20~40kW，未來逐步發展至40~120kW。隨著英偉達2030年Rubin Ultra等下一代架構的推出，Vertiv預計，服務器機架密度（衡量機架內產生的功率和熱量的指標）預計將超過1000kW。

另一方面，數據中心裝機量加速增長。根據IEA的數據統計與預測分析，預計2025年全球數據中心總裝機量有望達到114.3GW。由于宏觀環境的不確定性，在樂觀假設下，預計2024年至2030年期間的復合年增長率約為21%；在悲觀假設下，復合年增長率約為8%。

但當前數據中心電源系統能效較低，終端服務器僅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數據中心正顛覆性地改變電力系統架構，對AI電源的穩定性、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數據中心電源系統的哪些環節？

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（功率因數校正）、逆變器、整流器；以及AC-DC轉換中的PSU（電源供應單元）。從架構上看，AI服務器電源系統可分為三層：供電體系（包括UPS、PDU等外部電源設備）、AC-DC轉換（一級電源，將交流220V轉換為直流48V，涉及PSU、BBU等機箱內交流轉直流模塊）和DC-DC轉換（將48V轉換為12V再到1V，涉及板級與芯片級穩壓模塊）。

? 供電體系：

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

UPS拓撲結構主要由整流器、逆變器、旁路/逆變靜態開關（STS）、電池組等構成。

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

  HVDC拓撲結構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、絕緣監測單元及監控模塊組等構成。采用SiC整流器能夠提升功率密度，減少散熱需求，實現系統效率的提升。

• 巴拿馬電源架構（AC-DC）：巴拿馬電源是在HVDC的基礎上進一步優化。相較于傳統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備。將HVDC的傳統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構上，由移相變壓器柜、整流輸出柜、交流分配柜（常規不配置，當要求配置交流380V輸出時提供）等組成。

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

  SST在拓撲結構上，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工頻變壓器頻率大幅提升，體積與質量大幅下降。不管是巴拿馬電源，還是傳統工頻變壓器，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變壓器“V=4.44×頻率×匝數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等的限制，采用絕緣設計和納米晶、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，實現整流和功率因數校正作用；采用SiC器件可以提升AI數據中心的開關頻率，進一步減少網側電流諧波含量。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設備，將三相電分配為單相，并監控輸入到IT機架的電力。AI數據中心中機柜內部或列頭柜所使用的PDU相比傳統數據中心功率更高，支持更多路數、更大電流。

? AC-DC轉換：第三代半導體SiC及GaN加速滲透

PSU（電源供應單元）：將交流電轉換為直流母線電（通常為48V）供后續DC-DC模塊使用。AI服務器電源遵循OCP ORV3標準，隨著GPU功率的提升，服務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架構進入市場。

此外，在AI驅動下，單個PSU的功率密度不斷提升，架構上也從傳統的單個PSU，發展到電源架（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）。

從拓撲結構看，PSU主要包括整流橋、PFC模塊（功率因數校正）、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、高頻率和高能效設計中的優勢，有望逐步成為下一代AC/DC電源設計的關鍵驅動力。主要體現在：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器件，SiC成為首選材料；2）在DC-DC和次級轉換的應用中，GaN器件通常工作電壓較低（多數為650V及以下），但開關速度更快、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轉換

DC-DC模塊是集成于服務器板上的關鍵電源單元，其主要功能是通過IBC（中間總線轉換器）將上游供來的48V直流電轉換為中間母線電壓（12V），再由POL（負載點穩壓器）轉換為芯片（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換、多相協同控制及系統級電源管理等功能，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襯底需求如何？

綜上，SiC在AI數據中心功率器件市場前景廣闊，主要應用在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”環節的用量遞增。

根據Navitas，預計2030年“GaN+SiC”器件在800V AI數據中心的固態變壓器（SST）、800V DC-DC轉換和48V DC-DC轉換的總體潛在市場（TAM）預計達26.6億美元，其中，SiC相關環節占比約33%，即8.3億美元。

參考Navitas測算模型中800V的滲透節奏，以及IEA預測的中國數據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數據中心所需的SiC襯底（折合6英寸）市場需求進行測算，預計2030年，全球AI數據中心所需SiC襯底為72.8萬片，中國市場所需為20.4萬片。

3.2 SiC 導熱性能優異，有望作為芯片封裝的散熱材料

根據行家說三代半公眾號信息，英偉達計劃在新一代 GPU 芯片的先進封裝環節中采用 SiC 襯底，作為中介層材料。根據集邦化合物半導體，臺積電正計劃將 12 英寸單晶 SiC 應用于散熱載板，取代傳統的氧化鋁、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？是否還有其他技術路線？

首先，從材料的第一性原理來看，SiC 的熱導率顯著領先于硅、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先的優勢，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、結構強度、生產工藝成熟度上，有望成為先進封裝中散熱材料（如中介層、基板、微通道）的最優解。目前，SiC 中介層的大規模應用仍面臨挑戰：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 英寸規格，但目前 SiC 12 英寸襯底量產技術不夠成熟；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，相關設備尚未完全就緒。

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 產能：

根據 Fubon Research 預測數據，預計到 2026 年，臺積電 CoWoS 年產能為 108 萬片。基于臺積電現有產能，我們假設到 2028 年實現滿產，即年產能達到 160 萬片，對于 2029 年及 2030 年，謹慎假設按照每年同比增長 10% 進行預測。

? SiC 中介層滲透率：

結合英偉達芯片推出的節奏（3-5 年的迭代周期），即 2026 年和 2027 年分別推出 Rubin 和 Rubin Ultra 架構，我們預計 2026 年 SiC 襯底在散熱方面的需求將出現明顯提升。在尚不考慮基板和熱沉環節的 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能：

參照 IEA 預測的中國數據中心裝機量在全球的占比，我們假設中國所需的先進封裝產能占比從 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能對應的 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域也推進 SiC 的應用，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

伴隨著數字化、AI 的發展，信息的交互量指數級增加，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；根據香農定理，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）。

GaN-on-SiC 的方案，充分發揮了氮化鎵和 SiC 各自的材料優勢，在 5G-A 與 6G 時代，有望成為市場的主流選擇。GaN-on-SiC 是指使用外延技術在 SiC 襯底上生長一層氮化鎵薄晶體層的結構。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信號放大、電能轉換等核心功能。

根據 Yole 預測數據，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 技術的推進，GaN-on-SiC 方案有望開始上量，假設 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。根據國資小新數據，中國 5G 基站數量約占全球的 60%。假設用 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 產業壯大的必備要素

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，能夠將虛擬信息疊加到現實世界中，讓用戶無需依賴手持設備，即可通過語音、手勢、眼動等方式進行交互。但目前 AR 眼鏡存在續航時間較短、價格較高等產業化不夠成熟的問題，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備。

光學顯示系統是 AR 眼鏡的核心，約占整個 AR 眼鏡成本的 40% 以上。當前業界對 AR 眼鏡光學顯示系統的技術發展路徑基本確定為表面浮雕衍射光波導。從技術上看，表面浮雕衍射光波導是通過納米壓印或刻蝕技術，將模板上的圖案轉移到基片上，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。在波導片內部，光線經過全反射傳播后，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 RGB 色彩通道的單層集成，解決彩虹紋效應，進而在實現全彩顯示應用的同時，大幅降低設備的重量和厚度。

但是目前 SiC 產品價格較高，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 眼鏡商業化過程中的重要痛點，且隨著 SiC 產業鏈的愈加完善，尤其是材料端大尺寸化進展，產能擴張和良率提升實現低成本產品出貨后，AR 眼鏡市場空間將更廣闊。

AR 眼鏡市場規模測算

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（智能穿戴設備）來定義。AR 眼鏡在 AI 眼鏡的功能基礎上增加了增強現實的顯示功能。

假設一，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 Wellseem XR 數據，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 耳機發展初期的滲透規模基本一致。

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，且經過連續 6 年的增長以后，市場規模趨于穩定，約為 2024 年全球手機銷量（12.4 億臺）的 25%（約 3 億臺）。根據 Counterpoint 數據，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 Wind 和 Canalys 數據，2024 年中國手機銷量 2.85 億臺，約占全球的 23%，假設作為手機配件的 AI 眼鏡在中國的銷量占比約為全球的 25%。

假設二，將 AR 功能的 AI 眼鏡滲透情況，參考 TrendForce 預測數據推算：

根據 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 TrendForce 預測，2030 年中國出貨占比約 50%。

假設三，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 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能缺口

國內 SiC 市場正處于快速發展的關鍵階段，未來五至十年需求驅動力顯著增強，市場規模將實現量級躍升。經綜合測算，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，能夠實現在“基板層”、“中介層”和“熱沉”三個環節的產業化應用，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。

根據深企投產業研究報告顯示，2024 年底，中國 SiC 襯底（折合 6 英寸）產能約為 400 萬片，超過 2025 年全球預測需求量。按照當前產能規劃，我們預計到 2027 年 SiC 襯底供需將處于緊平衡狀態；若 AR 眼鏡滲透率、AI 散熱材料應用進展超預期，將出現產能供應緊張的可能性；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 萬片的產能缺口。

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