進入低碳互聯(lián)時代,隨著可再生能源技術(shù)和電子工業(yè)的進步,電力能源、智慧交通、數(shù)字化工廠等對系統(tǒng)高能效要求越來越重要,加之政策持續(xù)推動——實現(xiàn)“碳達峰”和“碳中和”(以下簡稱“雙碳”)的目標已是國際共識,在亞太地區(qū)尤其是我們國內(nèi)對環(huán)境法規(guī)和能源管理標準日益嚴格,并已宣布碳排放力爭于2030年前達到峰值,2060年前實現(xiàn)碳中和。對于各行業(yè)、各供應鏈企業(yè)來說,減碳提升能效也從環(huán)保議題,變身成為產(chǎn)業(yè)競爭力工程的關(guān)鍵一環(huán)。
超前布局長期戰(zhàn)略性市場 創(chuàng)“碳中和”商機
在工業(yè)市場,能源優(yōu)化或轉(zhuǎn)型趨勢愈發(fā)明顯。意法半導體(以下簡稱“ST”)副總裁中國區(qū)總經(jīng)理曹志平在近期舉行的ST2021工業(yè)峰會上表示,在“碳達峰”“碳中和”的愿景指引下,目前的工業(yè)市場正在發(fā)生著很多前所未有的歷史性的變革,圍繞能源管理,能源結(jié)構(gòu)的變化,能源利用的效率,工業(yè)市場的這些變化,蘊育著無數(shù)的來自關(guān)于技術(shù)、產(chǎn)業(yè)和商業(yè)的機會。
圖1:ST副總裁中國區(qū)總經(jīng)理曹志平
曹志平說,針對當前工業(yè)市場,ST準備有超過5000多種的產(chǎn)品和解決方案。在峰會現(xiàn)場,該公司圍繞智慧基礎(chǔ)設(shè)施、智慧農(nóng)業(yè)、智能制造、智能綠色能源網(wǎng)絡管理呈列有四大展區(qū),并圍繞電機控制、電源與能源管理、自動化布置了超過40多個展臺。
對于ST而言,工業(yè)市場的長期戰(zhàn)略是基于以下三個賦能趨勢,即ST已超前布局的智慧出行、電力和能源、物聯(lián)網(wǎng)和5G。其分別推出了電動汽車快充(PD)、高能效功率半導體微控制器、傳感器、模擬和電源管理芯片等,藉此使得智慧出行幫助汽車制造商讓每個人的駕駛更安全、更環(huán)保、更互聯(lián);讓不同的行業(yè)能夠全面提高能效、提高清潔能源的使用率;讓智能互聯(lián)設(shè)備廣泛普及。
意法半導體總裁兼首席執(zhí)行官Jean-Marc Chery強調(diào)說,“我們特別關(guān)注對可再生能源、綠色出行和能源效率有益的應用——如,工廠自動化、電動汽車充電基礎(chǔ)設(shè)施、家用電器、太陽能和風能以及智能工廠機器人?!睂τ趯崿F(xiàn)碳達峰、和碳中和的目標,ST也致力于實現(xiàn)這一目標計劃,并是最早承諾實現(xiàn)碳中和的半導體行業(yè)公司。該公司將到2027年實現(xiàn)碳中和的承諾,并符合聯(lián)合國在巴黎會議上部署的1.5攝氏度控溫目標。同時,ST計劃到2027年為所有工廠提供可再生能源。
圖2:意法半導體總裁兼首席執(zhí)行官Jean-Marc Chery
為實現(xiàn)這一目標,ST的工業(yè)市場策略是一方面不斷提高創(chuàng)新產(chǎn)品和方案效率,另一方面使用可再生能源并提高能源利用效率。根據(jù)意法半導體亞太區(qū)功率分立和模擬產(chǎn)品部營銷和應用副總裁Francesco Muggeri表示,ST特別為此建立了三個技術(shù)中心:電源和能源技術(shù)創(chuàng)新中心專注于能源產(chǎn)生和分配、計量、無線充電、電力系統(tǒng)、消費類電子產(chǎn)品電源、照明等。電機控制技術(shù)創(chuàng)新中心專注于專業(yè)電器、工業(yè)電機控制器、工業(yè)運輸和其他消費品,以優(yōu)化從電能到動能的轉(zhuǎn)換效率。自動化技術(shù)創(chuàng)新中心重點關(guān)注智慧城市、智能樓宇、智能家居、智能農(nóng)業(yè)、工業(yè)機器人、自動化,在這些領(lǐng)域我們需要支持電能的智能使用。
意法STM32是如何促進“碳中和”目標實現(xiàn)?
在具體產(chǎn)品技術(shù)領(lǐng)域,一方面,ST繼續(xù)加大碳化硅(SiC)和氮化鎵(GaN)上的投入。該舉措有力于促進電動汽車的普及。另外,ST正在加快對碳化硅的產(chǎn)能投資,計劃到2024年,把碳化硅晶圓產(chǎn)能提高到2017年的10倍,40%的襯底從內(nèi)部采購。ST也在提高新加坡工廠的產(chǎn)能及SiC后工序產(chǎn)能,并投資擴建在摩洛哥Bouskoura以及中國深圳的封測廠。
圖3:ST碳化硅產(chǎn)品優(yōu)勢
截止目前,ST可提供從650V到1700V不等的諸多產(chǎn)品,目前這類產(chǎn)品都是基于第三代碳化硅技術(shù),并且都與未來能效相關(guān)的,能夠節(jié)省高達50%的損耗,提高開關(guān)頻率,降低使用成本。
圖4:ST氮化鎵產(chǎn)品戰(zhàn)略
另一方面,ST全面的氮化鎵產(chǎn)品戰(zhàn)略,支持創(chuàng)新,縮短上市時間以及提升產(chǎn)量。該公司100V-650V的氮化鎵產(chǎn)品可以覆蓋在工業(yè)電源應用領(lǐng)域的各種場合,包括服務器、通信電源、個人穿戴設(shè)備、逆變器等等,ST內(nèi)部在大力地發(fā)展200毫米的制造技術(shù),同時和臺積電合作,可以縮短產(chǎn)品的上市時間,以及提供可靠而穩(wěn)定的產(chǎn)能。
譬如,ST推出的采用MasterGaN技術(shù)的超小尺寸65WType-C快充方案,系統(tǒng)轉(zhuǎn)換效率遠超業(yè)界同款大于98%,該公司預計到2025年,將擁有近10億市場體量。ST認為,更小體積、更輕重量、更高功率密度、更低功耗的設(shè)備是滿足環(huán)保和可持續(xù)需求的理想產(chǎn)品。
除此以外,在電機控制、工業(yè)自動化技術(shù)領(lǐng)域,ST也提供了非常廣泛的產(chǎn)品組合進一步推動工業(yè)市場能效的提升及能源的利用率。如針對電機控制應用ST推出的STM32G0、G4系列等等。此外,還有STSPIN系統(tǒng)級封裝電機控制器和柵極驅(qū)動器、ST功率分立器件,如IGBT、MDmeshMOSFET、IPM模塊。
圖5:變頻式電機控制可以延長電器的使用壽命,減少設(shè)備噪音,節(jié)約能源
圖6:ST工業(yè)自動化領(lǐng)域產(chǎn)品方案應用
ST亞太區(qū)功率分立和模擬產(chǎn)品器件部市場和應用副總裁 Francesco MUGGERI 沐杰勵在媒體問答環(huán)節(jié)針對寬禁帶(WBG)SiC、GaN器件能效問題進一步補充。他認為,在電源/能源領(lǐng)域,目前市場上主流廠商依然生產(chǎn)的是6英寸SiC晶圓,而ST已經(jīng)率先推出了8英寸SiC晶圓樣品,并且非常受汽車、工業(yè)市場青睞。他指出,在未來不久ST還將推出第四代、第五代SiC技術(shù)。
圖7: ST亞太區(qū)功率分立和模擬產(chǎn)品器件部市場和應用副總裁 Francesco MUGGERI
至于GaN,ST將相繼推出PowerGaN系列。包括常開的G-FET?技術(shù)、常閉型e-mode GHEMT?技術(shù)及帶有嵌入式硅數(shù)字門的超快速氮化鎵驅(qū)動器G-DRIVE?。目前ST已為其申請了STPower GaN和STI2GaN商標。STI2GaN主要面向汽車領(lǐng)域。STPower GaN的技術(shù)主要面向SMPS領(lǐng)域。
而在自動化領(lǐng)域,正如Francesco Muggeri前面講述的,自動化應用需要大量的集成電路元器件。而半導體界數(shù)以提供廣泛產(chǎn)品組合應用的意法半導體,可以提供所有所需的相應器件。如,通信產(chǎn)品,ST提供了用于樓宇家具自動化的KNX協(xié)議以及用于工業(yè)自動化應用的IO-Link協(xié)議。那么,ST工業(yè)自動化應用如何賦能“碳中和”實現(xiàn)目標?
ST亞太區(qū)功率分立及模擬器件產(chǎn)品部,工業(yè)產(chǎn)品應用及市場總監(jiān), 自動化技術(shù)創(chuàng)新中心負責人 ALLAN LAGASCA舉例指出,在智能家居中引入了STKNX解決方案可以實現(xiàn)80%的節(jié)能。最佳的例子是,如果一層樓的空調(diào)消耗1千瓦電能,那么如果將這個解決方案應用于30層樓,那么總共可以節(jié)省30千瓦電能。如果你能在房間沒人時關(guān)掉電燈,那么就可以在這方面實現(xiàn)很好的能效。
圖8:ST亞太區(qū)功率分立及模擬器件產(chǎn)品部,工業(yè)產(chǎn)品應用及市場總監(jiān), 自動化技術(shù)創(chuàng)新中心負責人 ALLAN LAGASCA
此外在能源優(yōu)化方面,我們還可以看到STM32大家族中,繼STM32L被推出至最新發(fā)布的STM32U5,都具備具備超低的功耗和安全認證,并且已廣受電子工業(yè)市場歡迎。ST亞太區(qū)MCU和數(shù)字IC產(chǎn)品部、IoT/AI技術(shù)創(chuàng)新中心及數(shù)字營銷副總裁 ARNAUD JULIENNE指出,借助集成ST MCU控制的逆變器技術(shù)已經(jīng)實現(xiàn)了高達40%的節(jié)能優(yōu)化,并且STM32 MCU大家族在智能手機、可穿戴設(shè)備等領(lǐng)域都有廣泛的優(yōu)異節(jié)能表現(xiàn)。
圖9:ST亞太區(qū)MCU和數(shù)字IC產(chǎn)品部、IoT/AI技術(shù)創(chuàng)新中心及數(shù)字營銷副總裁 ARNAUD JULIENNE