1.1 Le marché intérieur des dispositifs de puissance est immense et l'accélération de la substitution des importations est au cœur du développement industriel.

Les produits semi-conducteurs se divisent en circuits intégrés, composants discrets et autres catégories. Parmi ces derniers, les dispositifs de puissance semi-conducteurs constituent une part importante. Les circuits intégrés regroupent divers composants de base sur une puce de petite taille, formant ainsi une unité multifonctionnelle. Ils assurent principalement le traitement, le stockage et la conversion de l'information. Les composants discrets, quant à eux, sont des composants de base dédiés à une seule fonction, principalement le traitement et la conversion de l'énergie électrique. Ils comprennent notamment les diodes de puissance, les transistors de puissance, les thyristors, les MOSFET, les IGBT et autres produits. Les séries MOSFET et IGBT produites par notre entreprise représentent des composants discrets semi-conducteurs à la pointe de la technologie en Chine.

Le développement de la technologie des composants discrets est guidé par les besoins en aval, avec des améliorations et des itérations successives en matière de performances, de structure, de matériaux, etc., afin de répondre à un éventail d'applications toujours plus large. Les premières diodes et transistors étaient principalement utilisés dans les systèmes industriels et de puissance ; les thyristors ont permis d'améliorer la contrôlabilité ; des dispositifs tels que les MOSFET de puissance et les IGBT ont connu des progrès significatifs en termes de performances à haute fréquence et à faibles pertes ; les MOSFET à superjonction ont repoussé les limites traditionnelles du silicium pour répondre aux besoins des applications haute puissance et haute fréquence ; les dispositifs à base de silicium ont progressivement atteint leurs limites, et les matériaux semi-conducteurs de troisième génération, le SiC et le GaN, ont commencé à remplacer le silicium.

Les composants discrets semi-conducteurs sont des éléments essentiels des produits d'électronique de puissance. Le marché chinois des composants discrets représente 270 milliards de yuans. Selon les données du Bureau national des statistiques, la part de l'industrie des composants discrets dans l'ensemble du secteur des semi-conducteurs s'est maintenue entre 22 % et 25 % ces dernières années. La Chine est le principal centre de production mondial de composants discrets semi-conducteurs et son plus grand marché. D'après les données de l'Association chinoise de l'industrie des semi-conducteurs, les ventes annuelles de composants discrets en Chine ont atteint 266 milliards de yuans en 2018, soit une augmentation de 7.50 % par rapport à 2017. Durant la même période, la production nationale de composants discrets a atteint 747.1 milliards d'unités.

Ces dernières années, la tendance à la substitution des importations dans l'industrie chinoise des composants discrets s'est clairement affirmée, et le taux de croissance des importations a considérablement diminué. Selon les statistiques de l'Association chinoise de l'industrie des semi-conducteurs, les importations chinoises de composants discrets en 2018 s'élevaient à 28.5 milliards de dollars américains, un montant quasiment identique à celui de 2017. Du point de vue du développement technologique, le niveau global de l'industrie nationale reste inférieur aux standards internationaux. La gamme de produits est majoritairement composée de produits d'entrée et de milieu de gamme à faible valeur ajoutée, les importations de composants haut de gamme représentant plus de 70 % du total.

Le marché des semi-conducteurs de puissance, estimé à 1.2 milliard de dollars, voit ses applications domestiques évoluer des applications de milieu de gamme aux applications haut de gamme, en passant par les applications d'entrée de gamme.

Les composants de puissance constituent un élément essentiel des semi-conducteurs discrets et sont le principal moteur de la croissance accélérée du marché chinois de ces derniers. Ces composants incluent principalement les diodes de puissance, les transistors de puissance, les thyristors, les MOSFET et les IGBT, utilisés dans la quasi-totalité des secteurs de la fabrication électronique, notamment l'informatique, les télécommunications, l'électronique grand public, l'électronique automobile, l'électronique industrielle et d'autres industries électroniques. Par ailleurs, de nouveaux domaines d'application tels que les véhicules à énergies nouvelles et leurs bornes de recharge, la fabrication d'équipements intelligents, l'Internet des objets et l'énergie photovoltaïque sont progressivement devenus d'importants marchés pour les composants de puissance semi-conducteurs, stimulant ainsi la demande.

Le marché chinois des semi-conducteurs de puissance représente 100 milliards de yuans, et les dix premières entreprises mondiales sont détenues en grande partie par des géants étrangers. Selon les statistiques actuelles d'IHS Markit, le marché mondial des dispositifs de puissance s'élevait à environ 39.1 milliards de dollars américains en 2018 et devrait atteindre 44.1 milliards de dollars américains d'ici 2021. Actuellement, la chaîne de valeur de l'industrie chinoise des semi-conducteurs de puissance est en constante amélioration. Premier consommateur mondial de semi-conducteurs de puissance, la Chine a enregistré une demande de 13.8 milliards de dollars américains en 2018, soit 35 % de la demande mondiale. Ce marché devrait atteindre 15.9 milliards de dollars américains en 2021.

Les trois principaux produits du marché chinois des semi-conducteurs de puissance sont les circuits intégrés de gestion de l'énergie, les MOSFET et les IGBT, représentant respectivement 60.98 %, 20.21 % et 13.92 % du marché total en 2018. Les marchés des MOSFET et des IGBT de puissance connaissent une croissance rapide, avec des taux de croissance annuels composés respectifs de 15 % et 12 % entre 2016 et 2018.

Les marchés des MOSFET de puissance et des IGBT connaissent une croissance rapide, les véhicules à énergies nouvelles étant le principal moteur des applications en aval. Selon les données de Yole, les deux secteurs les plus importants pour les applications IGBT et MOSFET sont les véhicules à énergies nouvelles et l'industrie. En 2023, le marché des véhicules à énergies nouvelles devrait atteindre 3.7 milliards de dollars américains et celui de l'industrie 2.5 milliards de dollars américains. Grâce au développement fulgurant des variateurs de fréquence pour servomoteurs, des variateurs photovoltaïques pour énergies renouvelables et des convertisseurs d'énergie éolienne pour l'automatisation industrielle, ainsi que des variateurs pour moteurs de véhicules électriques et des installations de recharge, les marchés automobile et industriel deviendront les deux secteurs à la croissance la plus rapide de l'industrie des semi-conducteurs de puissance, avec des taux de croissance annuels composés respectifs de 8.2 % et 3.8 %.

1.3 De nouvelles applications contribuent au développement de l'industrie, et les matériaux à large bande interdite enrichissent les perspectives d'extension technologique.

1.3.1 Les véhicules à énergies nouvelles devraient générer un marché additionnel d'une valeur de plusieurs dizaines de milliards.

La transformation des automobiles traditionnelles en véhicules à énergies nouvelles a favorisé le développement de l'industrie des semi-conducteurs de puissance. Le marché des véhicules à énergies nouvelles est initialement déterminé par les politiques publiques, puis, dans un second temps, par les prix du marché. Les principaux pays développés ont mis en place des plans de réduction des émissions de CO2 des automobiles afin d'accélérer le développement des véhicules électriques. L'Union européenne prévoit une diminution de 37.5 % des émissions de CO2 d'ici 2030, et les principaux pays producteurs d'automobiles ont élaboré des plans pour mettre fin à la vente de véhicules à moteur thermique. Au cours des dix prochaines années, différentes régions gagneront progressivement des parts de marché dans le secteur automobile traditionnel, grâce à la mise en œuvre de politiques publiques et à l'effet de levier du marché.

La tendance à l'électrification des véhicules et la pénétration croissante du marché par les véhicules électriques entraînent une forte croissance de la demande en semi-conducteurs de puissance pour l'automobile. À mesure que le degré d'électrification des automobiles augmente progressivement, des modèles micro-hybrides utilisés uniquement pour la fonction start-stop aux véhicules entièrement électriques nécessitant la récupération d'énergie et la recharge embarquée, la demande en dispositifs de puissance s'accroît. Les semi-conducteurs de puissance pour véhicules électriques comprennent principalement les onduleurs de moteur, les convertisseurs DC/DC, les variateurs auxiliaires, les onduleurs de recharge embarquée et les circuits intégrés de gestion de la batterie.

En classant les véhicules en véhicules thermiques, véhicules hybrides rechargeables et véhicules électriques, et en comparant la part des coûts des matériaux, on constate que l'introduction de systèmes électriques comme sources d'énergie dans les véhicules hybrides rechargeables et électriques a entraîné une augmentation significative de la part des coûts des systèmes de commande électroniques. La consommation des composants électriques pour les véhicules thermiques traditionnels est d'environ 50 $US par véhicule, tandis que celle des véhicules électriques passe de 75 $US par véhicule pour les hybrides légers 48 V à 455 $US par véhicule pour les véhicules électriques.

Selon le plan du ministère de l'Industrie et des Technologies de l'information pour l'industrie des véhicules à énergies nouvelles, les ventes de ces véhicules devraient représenter 25 % du total en 2025 et 40 % en 2030. Le taux de croissance global du marché automobile est faible, avec une croissance annuelle de seulement 1 à 2 %. Cependant, le taux de pénétration devrait s'accélérer grâce aux politiques mises en place. On estime que les ventes de véhicules à énergies nouvelles en Chine atteindront 6.4 millions d'unités en 2025 et 11 millions d'unités en 2030. Ces véhicules se divisent en deux catégories techniques : les véhicules hybrides rechargeables (PHEV) et les véhicules électriques (EV). Les véhicules électriques représentent actuellement environ 80 % du marché, et cette part devrait atteindre 85 % à l'avenir. À court terme, le marché est soumis à des pressions en raison de l'épidémie. À moyen et long terme, le marché chinois des véhicules à énergies nouvelles devrait connaître une croissance rapide. Le taux de croissance annuel composé (TCAC) pour les dix prochaines années est estimé à 25.3 %.

Étant donné que chaque modèle de véhicule est très différent, on suppose que la quantité de dispositifs d'alimentation utilisés dans un véhicule électrique (VE) augmentera de la catégorie A00 à la catégorie C. On suppose que la valeur de ces dispositifs est respectivement de 800, 1 000 et 3 000-3 500 yuans par véhicule. Le véhicule hybride rechargeable (PHEV) étant un système électrique connecté au système de propulsion thermique, on suppose que la consommation de ces dispositifs est de 2 100 yuans par véhicule. Résultats des calculs : le marché chinois des dispositifs d'alimentation pour véhicules à énergies nouvelles devrait atteindre 16 milliards de yuans en 2025 et 27.5 milliards de yuans en 2030.

1.3.2 Infrastructures de soutien aux véhicules à énergies nouvelles : bornes de recharge

L'association « bornes de recharge + véhicules à énergies nouvelles » est comparable à celle des « véhicules à moteur thermique + stations-service ». Le déploiement des bornes de recharge doit être coordonné avec celui des véhicules à énergies nouvelles, sous peine de déséquilibrer le nombre de bornes. On distingue deux types de bornes de recharge selon leur interface : la recharge lente en courant alternatif (CA) et la recharge rapide en courant continu (CC). La puissance de sortie élevée des bornes CC et leur consommation supérieure en semi-conducteurs de puissance font de la recharge rapide l'axe principal du développement futur du secteur. Elle devrait ainsi stimuler la croissance du marché des semi-conducteurs de puissance.

État actuel et perspectives du marché des bornes de recharge dans mon pays : 1) Le ratio actuel entre le nombre de véhicules en charge et le nombre de bornes est d'environ 3:1, et il devrait encore diminuer pour atteindre 2:1 à l'avenir. 2) La plupart des bornes privées utilisent la recharge en courant alternatif (CA). Compte tenu du fait que certains propriétaires de véhicules ne disposent pas de place de stationnement fixe et rencontrent des difficultés de gestion, les bornes publiques devraient devenir la norme, tandis que les bornes privées resteront réservées aux propriétaires de véhicules disposant d'une place de stationnement fixe. 3) Les bornes publiques sont classées en deux catégories : celles utilisant la recharge en courant continu (CC) et celles utilisant la recharge en CA. Actuellement, le ratio CA/CC est d'environ 6:4. En supposant une baisse progressive du coût de la recharge en CC haute puissance, ce ratio devrait tendre vers 1:1 à l'avenir.

Les bornes de recharge publiques se développent rapidement et se divisent en deux catégories : les bornes à courant continu (CC) et les bornes à courant alternatif (CA). Ces dernières devraient connaître la croissance la plus rapide. Le ratio actuel entre les bornes CC et CA est de 4:6, et devrait atteindre 1:1 en 2030. Selon les estimations, le nombre de bornes de recharge publiques en courant continu atteindra 2.1 millions en 2025 et 7.5 millions en 2030.

La recharge en courant continu (CC) utilise une puissance élevée. Ce système requiert davantage de semi-conducteurs de puissance que la recharge en courant alternatif (CA) classique, et la demande en IGBT est très importante. En calculant la demande en composants de puissance pour les bornes de recharge CC publiques, sur la base des seuls coûts, on estime la demande cumulée du marché entre 2020 et 2025 à environ 14 milliards de yuans, et celle entre 2025 et 2030 à environ 40 milliards de yuans. Au cours des dix prochaines années, la demande en composants de puissance pour la construction de ces bornes devrait dépasser les 50 milliards de yuans.

1.3.3 Production d'électricité à partir d'énergies renouvelables

La production d'énergie photovoltaïque consiste à convertir l'énergie solaire en énergie électrique et à l'injecter dans le réseau. Le système se compose de cellules solaires, de batteries et de contrôleurs. Le processus de production d'énergie photovoltaïque générant du courant continu, un onduleur est nécessaire pour le convertir en courant alternatif compatible avec le réseau avant son raccordement. L'onduleur est un composant essentiel du système de production d'énergie solaire, et l'IGBT en est le dispositif central. Les onduleurs photovoltaïques ont deux fonctions principales : 1) convertir le courant continu en courant alternatif et l'injecter dans le réseau ; 2) améliorer et optimiser le rendement de conversion énergétique du système photovoltaïque. Le choix de la topologie de l'onduleur dépend de la puissance de sortie nominale. Les onduleurs haute tension et haute puissance peuvent adopter une topologie multiniveaux, les onduleurs de moyenne puissance des topologies en pont complet et en demi-pont, et les onduleurs de faible puissance des topologies à convertisseur direct et à convertisseur flyback.

La technologie photovoltaïque offre un potentiel considérable de réduction des coûts, des progrès technologiques rapides et une forte probabilité d'industrialisation. Elle figure parmi les principales méthodes de production d'énergie propre et à bas coût à développer à l'avenir. En 2019, la Chine a installé 30 GW de nouvelles capacités photovoltaïques. Selon la feuille de route chinoise pour le développement de l'industrie photovoltaïque, le taux de croissance annuel composé de ces nouvelles capacités devrait atteindre environ 9.9 % au cours des cinq prochaines années. En 2025, on estime prudemment que les nouvelles capacités installées atteindront 65 GW, et dans une perspective plus optimiste, 80 GW.

Afin d'optimiser la rentabilité, le ratio de capacité nominale des centrales photovoltaïques augmente progressivement. Initialement, les systèmes photovoltaïques étaient conçus avec un ratio de 1:1. Par la suite, grâce aux innovations technologiques, l'augmentation de ce ratio contribue à améliorer le rendement des onduleurs et la rentabilité des centrales. En supposant un cycle de remplacement des onduleurs photovoltaïques de 10 ans, la demande annuelle d'onduleurs est principalement composée de nouvelles installations et de remplacements. Sur la base de ces hypothèses, nous estimons que la demande du marché chinois des onduleurs photovoltaïques atteindra 75 GW en 2025.

Les onduleurs photovoltaïques se divisent généralement en trois catégories : centralisés, en chaîne et distribués. Grâce aux économies d'échelle, le coût unitaire des onduleurs centralisés est relativement inférieur à celui des onduleurs en chaîne. Ce coût unitaire devrait diminuer à mesure que la technologie gagnera en maturité et que la production de masse se développera. Selon les prévisions de la CPIA, le coût moyen pondéré des onduleurs photovoltaïques chinois était d'environ 0.2 yuan/W en 2019 et devrait atteindre 0.15 yuan/W en 2025. En supposant que le coût des modules de puissance et des composants discrets représente 9 à 10 % du coût total, la demande chinoise de semi-conducteurs de puissance pour onduleurs photovoltaïques est estimée à environ 390 millions de yuans en 2019 et à 961 millions de yuans en 2025. La demande intérieure cumulée pour les cinq prochaines années est estimée à environ 5 milliards de yuans.

1.3.4 La demande de performances accrues stimule l'industrialisation accélérée des matériaux de troisième génération

Grâce à leurs caractéristiques (large bande interdite, vitesse de saturation électronique élevée, excellentes propriétés optoélectroniques, haute vitesse, haute fréquence, haute puissance, résistance aux hautes températures et aux radiations), les matériaux de troisième génération présentent un fort potentiel de développement dans les domaines de l'optoélectronique, des radiofréquences et de l'électronique de puissance. Actuellement, les semi-conducteurs à base de silicium atteignent leurs limites physiques. La troisième génération de semi-conducteurs composés s'est rapidement industrialisée. La préparation, la fabrication et la physique des dispositifs à base de semi-conducteurs à large bande interdite, tels que le SiC et le GaN, ont connu un développement rapide. Le SiC, caractérisé par une haute résistance aux températures, une haute fréquence, une haute puissance et une haute tension, est principalement utilisé dans les applications haute tension et de commande, notamment pour les onduleurs photovoltaïques, les véhicules à énergies nouvelles et les bornes de recharge.

Le GaN offre une puissance de sortie plus élevée et une surface réduite aux hautes fréquences et est principalement utilisé dans le domaine des radiofréquences ; il devrait améliorer significativement des applications telles que la gestion, la production et la distribution d'énergie dans les domaines de la moyenne et de la basse tension. Le marché des technologies de puissance GaN est principalement porté par la charge rapide.

Porté par une forte demande dans les secteurs des véhicules à énergies nouvelles, de la 5G et de l'électronique grand public, le marché mondial des dispositifs SiC et GaN devrait connaître une croissance soutenue de 25 % à 40 % dans les prochaines années. Selon les estimations d'ASIACHEM Consulting, le marché des dispositifs de puissance SiC devrait atteindre environ 500 millions de dollars américains en 2019 et 3.5 milliards de dollars américains en 2025. En 2019, le marché des dispositifs RF GaN devrait représenter environ 642 millions de dollars américains, et celui des dispositifs de puissance GaN environ 90 millions de dollars américains. En 2025, le marché des dispositifs RF devrait dépasser les 3 milliards de dollars américains, et celui des dispositifs de puissance atteindre 400 millions de dollars américains.

1.4 L'industrie nationale des dispositifs de puissance est entrée dans une période faste, dont les entreprises leaders sont les premières à bénéficier.

Stimulée par de multiples facteurs tels que la demande du marché, les politiques publiques, les talents, les capitaux et les technologies, l'industrie chinoise des semi-conducteurs de puissance devrait connaître une période de croissance exceptionnelle au cours des 3 à 5 prochaines années. Quel que soit l'angle d'analyse (difficulté à rattraper son retard technologique, progression de l'industrialisation, impact des facteurs externes), les semi-conducteurs de puissance figurent parmi les segments où la substitution des importations par des technologies nationales sera la plus rapide dans un avenir proche. Lorsque l'impact de l'environnement externe est relativement faible, la réduction de l'écart technologique et l'augmentation des capacités de production ont favorisé cette tendance. Actuellement, les dispositifs de puissance chinois remplacent rapidement les produits d'entrée et de milieu de gamme, et cette expansion se poursuivra sur les segments haut de gamme.

L'ensemble du secteur des dispositifs de puissance connaît quatre grandes tendances de développement :

(1) La concentration industrielle s'accroît, avec une tendance au développement endogène et extensif. Actuellement, les principaux fabricants étrangers du secteur des composants discrets détiennent la moitié du marché mondial, et cette situation est stable. Le secteur industriel national se caractérise par des entreprises de petite taille, de grande taille et dispersées, spécialisées dans une seule technologie et un seul produit. L'évolution inévitable de ce secteur est que quelques entreprises, dotées d'avantages concurrentiels fondamentaux, accroîtront la visibilité de leurs produits et leurs parts de marché grâce à une accumulation technologique continue et à une innovation indépendante, et étendront leurs activités jusqu'à la fabrication et le conditionnement.

(2) Outre le fort taux de croissance des nouveaux marchés, les entreprises nationales devraient bénéficier du potentiel considérable de substitution aux importations. Ces dernières années, mon pays a connu un développement rapide sur le segment moyen et bas de gamme, mais le marché des produits moyen et haut de gamme reste encore à conquérir. À l'avenir, les entreprises nationales les plus performantes du secteur bénéficieront de davantage d'opportunités de développement grâce à leurs atouts géographiques, technologiques et de coûts.

(3) Les exigences de performance des produits favorisent le développement modulaire et intégré. L'évolution de l'industrie des composants discrets est guidée par la demande. Afin de répondre aux besoins croissants en matière d'efficacité de conversion de puissance, de stabilité, de haute tension, de haute puissance et de complexité, la modularisation et l'intégration des assemblages sont devenues la tendance dominante du développement technologique, complexifiant ainsi la conception.

(4) Les matériaux à large bande interdite émergents sont encore au début de leur industrialisation, et il est relativement difficile pour les pays développés de rattraper leur retard. Les matériaux à large bande interdite, tels que le SiC et le GaN, présentent l'avantage de dépasser les limites de performance des dispositifs en silicium traditionnels et sont extrêmement stratégiques et prometteurs. La difficulté technique réside dans la préparation des matériaux, et l'écart technologique entre les pays développés et l'étranger se réduit constamment.

Source : Observation du secteur de base

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