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ST:助力“雙碳”目標,半導體企業在能源轉換鏈領域大有可為

2021-12-28
來源:意法半導體

【編者按】2021年,“雙碳”目標的實現對經濟、科技都帶來巨大影響。作為電子信息技術的重要基礎,在“雙碳”目標實現之路中,集成電路產業自然不能作為旁觀者。過去的一年,“雙碳目標”對集成電路產業帶來哪些挑戰和機遇?哪些領域有望獲得高速增長?半導體產業鏈的各大廠商對于“雙碳”這個新賽道都有哪些布局?此文中,意法半導體亞太區功率分立和模擬產品器件部市場和應用副總裁 Francesco MUGGERI(沐杰勵)對ST助力“雙碳”目標實現的發展戰略和創新產品作了深入介紹。

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意法半導體亞太區功率分立和模擬產品器件部市場和應用副總裁 Francesco MUGGERI(沐杰勵)


實現碳達峰、碳中和是我國重大戰略決策,綠色低碳將是我國未來經濟社會發展的重要理念。貴公司在可持續發展及綠色低碳發展方面有哪些總體戰略、舉措和計劃?

氣候變化是全世界面臨的最大的經濟和環境挑戰。中國、美國、印度和歐洲的碳排放量之和占全球碳排放總量的50%以上。這些國家地區制定了不同的碳中和路線圖。例如,我們知道中國已承諾在2060年實現碳中和。

鼓勵使用可再生能源解決方案,提高能源成本效益和經濟性,是實現碳中和目標的一個關鍵因素,在這個方面,半導體行業可以發揮積極的作用。ST以可持續的方式為可持續發展的世界創造科技,這并不是什么新鮮事兒。自 1987 年公司創建以來,我們就一直在做這件事,并將其嵌入我們于 1995 年發布的第一個環境十誡中??沙掷m發展原則已經嵌入我們的經營模式和企業文化25 年有余。事實上,意法半導體的創新技術和價值理念也有助于幫助客戶應對環境和社會兩大挑戰。

ST 的商業目標是通過推出新的功率半導體材料(SiCGaN)和對傳統材料(硅)的不斷創新,在智慧出行應用領域,特別是電動汽車應用,保持市場領導地位,讓汽車駕駛變得更安全、更環保。我們也積極參與電源和能源轉換技術研發,尤其是各種可再生能源技術,滿足大多數應用的高能效要求。最后同樣重要是,我們還有實現和管理超低功耗系統的微控制器和ASIC 等器件,使城市、家庭和辦公場所變得更智能。

現在我們正在加快公司內部的可持續發展行動,去年宣布到 2027 年實現碳中和這一目標,是最早作出碳中和承諾的半導體公司。為了實現這一宏偉目標,我們正在與所有利益相關者和主要減排組織共同行動。

重要的是我們做得更多更好。首先,我們將遵守在 2025 年之前將升溫控制在 1.5°C內的目標(巴黎氣候大會協定COP21)。此外,我們還計劃到 2027前ST所有工廠全部使用可再生能源,這是我們應對氣候變化承諾中的重要一步,阻止氣候變化是一場需要集體行動的全球戰役。舉例來說,我們參與了蘋果公司的清潔能源計劃——我們可以提及這個名字,因為是公開信息。我們有自己的碳中和計劃,其中包括大幅降低能源消耗,這是我們在上個世紀90年代就已作出的首個承諾。 自1994 年以來,我們已將 PFC 排放量減少了 78%,因此,碳中和對我們來說并不是新鮮事情。

我想這就是為什么 ST 被 CDP 評選為 A級企業的原因——CDP是最嚴格的減碳評級標準,去年該組織在全球所有行業中只評選出277 家公司,ST很榮幸榜上有名。


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(圖片來源:意法半導體)

 

垂直領域,“雙碳”目標帶來哪些挑戰和機遇?貴公司有哪些創新技術及解決方案,助力客戶實現低碳目標?

在分享關于機遇和挑戰的觀點之前,我先分享一下我們的能源轉換計劃。你們可能知道,許多國家正在利用可再生能源(尤其是太陽能和風能)發展本國的能源生產能力,以減少碳排放。作為半導體技術的領導者,我們在提供解決方案和創新技術方面發揮著重要作用。

接下來,輸儲電是另一個半導體可以創造價值的市場。芯片還在能源轉換鏈最后一個環節的用電市場發揮積極的作用。智慧城市、智能家居、電動汽車等交通運輸領域,都需要大量的半導體。ST專注充電站、數據中心、智能家居、智能樓宇、智慧城市、智能工廠等基礎設施,所有這些都需要大量的能源和創新設備。


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(圖片來源:意法半導體)

因此,在這個能源轉換鏈中,半導體解決方案有很多機會。

減少能源浪費有兩種有效的方法。第一種方法是提高能效,在這個方面,我們提供能效更高的功率轉換產品,例如,能效高于94%的AC-DC功率變換芯片。

第二種方法是通過提高系統智能來最大程度地減少能源浪費,例如,當路上沒有汽車或行人時,我們是否需要點亮整條道路或一段路?不需要,對吧?但是,當有汽車或行人在路上行駛時,亮燈會提高安全性。智能系統可以在需要時自動地開關路燈,能夠更高效地使用能源。

 

在“碳中和”目標的實現路徑中,寬禁帶半導體技術被寄予厚望,貴公司如何看待SiC、GaN技術的未來發展?貴公司在相關領域有哪些優勢技術和產品?未來有哪些布局和規劃?

碳化硅 (SiC) 和氮化鎵 (GaN) 是我們在電力電子領域的兩個重點投資項目。我們還投資創建了自己的 SiC 原材料晶圓制造能力,通過收購Norstel AB(現更名為ST Silicon Carbide AB),我們成為一家全盤掌控SiC供應鏈的制造商。對于碳化硅,我們還加強了與供應商的合作伙伴關系,簽訂了超過7.5億顆晶圓供應協議,以便靈活地滿足市場需求。我們還剛剛發布了第三代 STPOWER SiC 產品,并投入巨資支持我們的汽車和工業計劃,預計 2024 年這項計劃將實現10 億美元的SiC 收入。

現在,我們提供各種采用不同技術的STPOWER SiC 產品,電壓范圍從 650V 到 1700V,包括剛剛發布的第三代產品。這一切都是為了提高能效。這些器件可以降低能量損失50%,并提高開關頻率,縮減產品尺寸,降低重量以及擁有成本。 

氮化鎵 (GaN) 是另一項前景非常光明的重要技術。事實上,我們有一個產品系列已經上市,產品性能非常好,令人印象深刻。該系列叫做MASTERGAN,在封裝中集成 GaN HEMT 晶體管和匹配的硅驅動器,可降低在應用中集成這些高能效器件的復雜性和難度。

我們預計到 2025 年,GaN 市場規??赡軙缘陀?10 億美元。GaN 器件可以讓應用實現更高的能效、更高的功率密度和更小的尺寸。這項技術還減少了功率損耗,在某些應用中,是滿足環保和可持續要求的理想產品。

我們收購了GaN 技術開發和創新公司 EXAGAN 的多數股權,并與代工廠建立合作伙伴關系,以縮短上市時間,并實現多地量產。我們還將推出G-HEMT e-mode 系列GaN 晶體管,并將在明年下半年推出G-FET d-mode 系列。目標應用包括消費類電子產品,例如,充電器、PC機外部電源適配器、LED 照明驅動器、電視機等家電內部電源。全球消費電子產品的產量很大,如果提高能效,可大幅減少二氧化碳排放。在功率更高的應用中,ST的 PowerGaN器件還能讓電信電源、工業驅動電機、太陽能逆變器、電動汽車及充電機受益。G-FET 和 G-HEMT 都屬于 STPOWER 產品組合的 PowerGaN 系列。因此,我們還將推出主要針對汽車市場的STI2GaN,不久后還將推出更多的基于GaN 的新技術,豐富我們的 GaN 產品組合。

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(圖片來源:意法半導體)

 

綠色低碳技術創新應用是實現碳中和目標的重要一環,半導體領域是否有應用于綠色低碳領域的共用性技術及產品?

實現碳中和有兩種重要方法,首先提高能效。因此,我們提供功率變換效率更高的產品和技術;第二種方法是利用智能技術提高能效,減少能源浪費。

我們以電器廣泛使用的電機控制為例解釋智能技術的好處。電機控制轉向變頻控制的趨勢日漸加強。變頻電機控制可以延長電器的使用壽命,降低噪音,節能降耗。

另一個例子是工業自動化。工業自動化適合利用智能技術提高能效。從使用傳感收集數據,到MCU 處理傳感數據,ST提供支持本地系統的自動化技術。ST的自動化技術可以簡化多協議通信,簡化從本地數據邊緣到集中數據處理再到遠程云端的計算處理。

自動化系統需要很多芯片,ST擁有自動化所需的全部芯片。我們擁有能夠處理最先進協議的通信產品,例如,家庭和辦公自動化KNX芯片以及IO-Link工業用通信芯片。

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對2022年半導體市場發展前景有哪些預期?哪些細分市場有望受益于“雙碳”目標實現而得到爆發式增長?

我們很早就確定,能源、物聯網和 5G半導體市場有發展前景,多年來將其列為我們公司戰略的組成部分。疫情使這些高能效的半導體技術變得更加重要。我們已經看到這類半導體的潛在增長趨勢在疫情期間在加強。我們預計到明年這些趨勢將繼續加速發展。這些趨勢與雙碳承諾完全一致。

在智能出行方面,我們看到全球各國特別是中國政府都出臺了鼓勵政策和投資計劃,加快推動汽車電動化進程,汽車市場預測報告中的電動汽車普及體現了政府支持。我們知道,中國在這個領域處于領先地位。ST與深圳的比亞迪等頭部電動汽車大公司密切合作。

電動汽車普及還將拉動快速充電站等基礎設施投資。在每個充電站中,半導體價值超過 300美元,以基于先進的高性能MCU和SiC MOSFET的數字充電解決方案為主。ST產品和技術在這些方面上處于領先地位。

在電力和能源領域,在政府政策和投資計劃的支持下,對電網、綠色公共交通和能源轉型等關鍵基礎設施的投資正在擴大。中國在支持能源轉型方面處于領先地位,并承諾實現碳中和。中國正在提高可再生能源的利用率,例如,利用風能、太陽能和水力發電,利用太陽能供暖,利用生物燃料為運輸工具提供動力燃料。

在這方面,風能和太陽能兩種可再生能源技術需要大量使用電子產品,SiC 和GaN再次發揮重要作用。今天,碳化硅是風能和太陽能大功率應用的理想選擇。GaN特別適用于所謂的太陽能系統流或微型逆變器,例如,在太陽能功率變換中,STPOWER 碳化硅器件幫助中國主要的新能源公司提高光伏板和光伏逆變器的能效,降低成本。

在物聯網和 5G 領域,市場需求在過去一年中再次增長。我們已經看到智能家電市場強勁崛起,頂級行業專家預測未來幾年將進一步加速。

在正在經歷“綠色經濟”轉型的智能家居、智能建筑和智慧城市領域,意法半導體的高能效產品,包括微控制器、傳感器、連接和安全解決方案、電源管理產品等等,將會再次找到用武之地。

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