本文來自中國(guó)電子報(bào)、電子信息產(chǎn)業(yè)網(wǎng)，作者/陳炳欣。
堅(jiān)持高質(zhì)量發(fā)展、走綠色低碳之路，成為中國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的共識(shí)。今年全國(guó)兩會(huì)政府工作報(bào)告指出，要推動(dòng)發(fā)展方式綠色轉(zhuǎn)型，推動(dòng)重點(diǎn)領(lǐng)域節(jié)能降碳。去年年底，中共中央、國(guó)務(wù)院印發(fā)的《擴(kuò)大內(nèi)需戰(zhàn)略規(guī)劃綱要（2022－2035年）》中也提到，大力倡導(dǎo)綠色低碳消費(fèi)，推進(jìn)制造業(yè)高端化、智能化、綠色化。
綠色低碳涵蓋的范圍非常深遠(yuǎn)，數(shù)字化轉(zhuǎn)型中的節(jié)能減排、交通領(lǐng)域的低碳化發(fā)展、工業(yè)領(lǐng)域和城市建筑的綠色節(jié)能……都是當(dāng)前打造低碳社會(huì)的重點(diǎn)。而在這些領(lǐng)域的發(fā)展過程中，半導(dǎo)體技術(shù)都有著大量發(fā)揮空間——功率器件和電源管理是各類系統(tǒng)電氣化的硬件基礎(chǔ)，處理器和各種數(shù)字類芯片可以提升電氣系統(tǒng)的智能化水平與效率。打造低碳社會(huì)既是半導(dǎo)體企業(yè)的市場(chǎng)機(jī)會(huì)，也是產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要一環(huán)。
半導(dǎo)體成低碳綠色發(fā)展的底層技術(shù)
今年全國(guó)兩會(huì)上，“綠色低碳”再次成為代表委員熱議的關(guān)鍵詞。全國(guó)人大代表、中興通訊高級(jí)副總裁苗偉認(rèn)為，數(shù)字經(jīng)濟(jì)要實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量發(fā)展，需要與綠色經(jīng)濟(jì)深度融合，充分協(xié)同。“數(shù)字化可以充分助力實(shí)現(xiàn)‘碳達(dá)峰、碳中和’目標(biāo)，并提高全要素生產(chǎn)率。從企業(yè)層面看，數(shù)字化和低碳化協(xié)同，可直接實(shí)現(xiàn)降本增效。”
半導(dǎo)體技術(shù)作為現(xiàn)代科技的底層基礎(chǔ)與核心，在此過程中發(fā)揮的作用不可忽視。英特爾中國(guó)研究院院長(zhǎng)宋繼強(qiáng)就指出，在半導(dǎo)體產(chǎn)品的整個(gè)生產(chǎn)制造過程中需要消耗大量能源，通過對(duì)半導(dǎo)體生產(chǎn)過程的綠色化，可以減少碳足跡，減少對(duì)環(huán)境有害的排放。更重要的是，在整個(gè)社會(huì)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型過程中，半導(dǎo)體技術(shù)還可以有效推進(jìn)生產(chǎn)生活方式的轉(zhuǎn)型升級(jí)，減少能源消耗，降低有害排放，是綠色轉(zhuǎn)型的一大助力。“在碳達(dá)峰和碳中和領(lǐng)域，半導(dǎo)體技術(shù)有著很強(qiáng)的關(guān)聯(lián)性，需要我們通過技術(shù)創(chuàng)新解決未來爆發(fā)式增長(zhǎng)的能耗需求。”宋繼強(qiáng)說。
意法半導(dǎo)體副總裁、企業(yè)可持續(xù)發(fā)展主管Jean-Louis也指出，在幫助世界解決環(huán)境社會(huì)挑戰(zhàn)中，半導(dǎo)體技術(shù)可以發(fā)揮關(guān)鍵作用。“我們可以在混動(dòng)汽車、電動(dòng)汽車、基礎(chǔ)設(shè)施，以及所有使用功率器件的應(yīng)用領(lǐng)域中看到這種影響。以射頻信號(hào)傳輸為例，功耗越低，能效越高。功率轉(zhuǎn)換效率對(duì)于太陽能和電池供電等新能源應(yīng)用的推廣應(yīng)用至關(guān)重要。”
值得注意的是，對(duì)半導(dǎo)體行業(yè)來說，在社會(huì)不斷加速向低碳化發(fā)展的過程中，有著大量的商業(yè)機(jī)會(huì)，但這又不僅僅是商業(yè)機(jī)會(huì)那么簡(jiǎn)單。因?yàn)檑`行綠色低碳本身也是整個(gè)半導(dǎo)體行業(yè)企業(yè)的社會(huì)責(zé)任。ADI中國(guó)區(qū)銷售副總裁趙傳禹強(qiáng)調(diào)，作為高科技發(fā)展的核心基礎(chǔ)領(lǐng)域，半導(dǎo)體行業(yè)責(zé)無旁待。企業(yè)應(yīng)發(fā)揚(yáng)自身優(yōu)勢(shì)，遵循可持續(xù)發(fā)展框架，才能推動(dòng)構(gòu)建可持續(xù)未來。
2030年數(shù)據(jù)中心處理器能效將提升10倍
新一輪科技革命是以人工智能、大數(shù)據(jù)、區(qū)塊鏈、物聯(lián)網(wǎng)等數(shù)字技術(shù)為主導(dǎo)進(jìn)行的一場(chǎng)產(chǎn)業(yè)革命。但是與數(shù)字化相伴而生的是巨大的能源消耗。數(shù)據(jù)中心的功耗非常巨大，動(dòng)輒兆瓦起步。曾有一個(gè)很形象的比喻——開一個(gè)超級(jí)數(shù)據(jù)計(jì)算中心能“吃掉”半個(gè)核電站的電能。因此，提升數(shù)據(jù)中心的能效比是實(shí)現(xiàn)數(shù)字化的核心，也是實(shí)現(xiàn)綠色低碳與高質(zhì)量發(fā)展戰(zhàn)略的重要組成。
資料顯示，數(shù)據(jù)中心的耗能主要來源于IT設(shè)備、配電系統(tǒng)和暖通空調(diào)系統(tǒng)等幾個(gè)部分。其中，IT設(shè)備系統(tǒng)占比50%以上。通過半導(dǎo)體技術(shù)可以有效降低數(shù)據(jù)中心的設(shè)備能耗。英特爾公司副總裁、英特爾中國(guó)區(qū)公司事務(wù)總經(jīng)理周兵表示，這些年英特爾在處理器的節(jié)能減耗上做了大量工作。2021年英特爾發(fā)布的第三代至強(qiáng)處理器，與2019年基線水平相比，產(chǎn)品能效提高1.48倍。
去年，英特爾還與合作伙伴共同發(fā)布了《綠色數(shù)據(jù)中心創(chuàng)新實(shí)踐——冷板液冷系統(tǒng)設(shè)計(jì)參考》，推動(dòng)數(shù)據(jù)中心的綠色發(fā)展進(jìn)程。該項(xiàng)技術(shù)針對(duì)中央處理器CPU采用了創(chuàng)新設(shè)計(jì)的歧管型單相/兩相液冷水冷板散熱系統(tǒng)，可以使CPU芯片表面的溫度分布明顯改善，可以有效降低整機(jī)功耗，提高能源利用效率。
據(jù)了解，數(shù)據(jù)中心的綜合能耗從2010年之前到現(xiàn)在已經(jīng)下降了80%以上，處理器端的節(jié)能降耗發(fā)揮了重要作用。“我們還計(jì)劃在2030年前，將客戶端和服務(wù)器微處理器的產(chǎn)品能源效率提升10倍，盡最大努力減少碳排放。”周兵表示。
新能源汽車?yán)m(xù)航超500公里走進(jìn)現(xiàn)實(shí)
新能源汽車成為汽車行業(yè)綠色升級(jí)的重要抓手。從2012年我國(guó)出臺(tái)實(shí)施《節(jié)能與新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》以來，新能源汽車銷售的年均復(fù)合增長(zhǎng)率達(dá)到87%，累計(jì)推廣新能源汽車近1600萬輛，市場(chǎng)占有率達(dá)到25.6%。這對(duì)實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)具有重要意義。
從半導(dǎo)體角度來看，早期一輛燃油車涉及半導(dǎo)體用量約三四百美元，智能新能源車已經(jīng)提升到一千五百美元甚至是更高。“現(xiàn)在汽車進(jìn)入了電動(dòng)化、智能化時(shí)代，半導(dǎo)體技術(shù)在汽車應(yīng)用中的需求變得更多、作用更大。”趙傳禹指出。
奇點(diǎn)汽車副總裁趙強(qiáng)表示，續(xù)航里程、安全性和成本是推進(jìn)新能源汽車發(fā)展的主要方面。而解決里程焦慮、充電難等問題，半導(dǎo)體行業(yè)同樣有著很大的發(fā)揮空間。比如通過電池管理實(shí)現(xiàn)快速充電，通過能源管理提高續(xù)航里程，許多芯片企業(yè)均推出相關(guān)解決方案。
目前新能源汽車能夠達(dá)到續(xù)航里程500多公里，要想提高續(xù)航里程，如果直接加大電池容量，往往又會(huì)帶來成本、安全性和車輛自重增加等問題。趙傳禹表示，完整的電池管理系統(tǒng)芯片解決方案有助于改善這些痛點(diǎn)，如ADI BMS電池管理技術(shù)能夠確保電池的最大可用容量和安全可靠運(yùn)行，在安全的前提下最大程度地使用電池儲(chǔ)存的能量等。
在此前的采訪中，意法半導(dǎo)體亞太區(qū)功率分立和模擬產(chǎn)品器件部區(qū)域市場(chǎng)和應(yīng)用副總裁沐杰勵(lì)強(qiáng)調(diào)了充電基礎(chǔ)設(shè)施的重要性。他指出，隨著新能源汽車使用率提高，消費(fèi)者對(duì)方便、快速充電的需求也越來越高，因此需要擴(kuò)大基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，增加充電站數(shù)量并提供更快的充電服務(wù)。完整的充電站生態(tài)系統(tǒng)、先進(jìn)的功率技術(shù)和碳化硅等新材料是新能源汽車產(chǎn)業(yè)的重點(diǎn)發(fā)展方向。先進(jìn)的功率技術(shù)和新材料在新能源汽車中起著重要作用。先進(jìn)功率技術(shù)包括硅基車規(guī)低電壓/高電壓MOSFET、車規(guī)級(jí)Trench IGBT及模組，新型材料器件主要是碳化硅及模組。這些先進(jìn)技術(shù)是新能源汽車的起動(dòng)發(fā)電一體機(jī)系統(tǒng)、車載充電器/DC-DC轉(zhuǎn)換器和驅(qū)動(dòng)電機(jī)逆變器的核心技術(shù)。
寬禁帶半導(dǎo)體能量損失可降低50%以上
以氮化鎵、碳化硅為代表的寬禁帶半導(dǎo)體具有耐高溫、耐高壓、高頻率、大功率等優(yōu)勢(shì)，相比硅器件可降低50%以上的能量損失，并減小75%以上的裝備體積，同樣是助力社會(huì)節(jié)能減排，實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰與碳中和目標(biāo)的重要發(fā)展方向。
Jean-Louis表示，隨著低碳行動(dòng)不斷展開，市場(chǎng)對(duì)工業(yè)領(lǐng)域以及城市基礎(chǔ)設(shè)施的綠色節(jié)能需求日益提高。在這一持續(xù)的轉(zhuǎn)型中，寬禁帶半導(dǎo)體展示出越來越高的重要性，開發(fā)出安全、可擴(kuò)展、可靠的解決方案。
在太陽能光伏領(lǐng)域，寬禁帶器件可以支持更多太陽能電池和更高的功率，提高光伏模組的成本優(yōu)勢(shì)。以前，太陽能電池板的控制器與其余組件是分開安裝的，現(xiàn)在可以都安裝在電池板內(nèi)，在提高產(chǎn)品可靠性和能效的同時(shí)降低了價(jià)格。在工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域，碳化硅MOSFET和碳化硅二極管額定電壓達(dá)到650V或1200V，可以承受最高的200ºC的結(jié)溫，有效支撐了工業(yè)和汽車領(lǐng)域的節(jié)能降耗，可以提供性能更優(yōu)越的解決方案。更加小型化的碳化硅能夠集成到DC-DC轉(zhuǎn)換器和配電單元內(nèi)，減小了電動(dòng)汽車的車載充電器和電池管理器件的尺寸，可以推動(dòng)經(jīng)濟(jì)型電動(dòng)汽車的普及。
總之，隨著社會(huì)的發(fā)展綠色低碳成為當(dāng)今全球主旋律。世界經(jīng)濟(jì)論壇（WEF）最新發(fā)布的《2023年全球風(fēng)險(xiǎn)報(bào)告》中指出，長(zhǎng)期來看，全球面臨的最大風(fēng)險(xiǎn)就是氣候變化。全球必須在未來十年更有效地合作減緩和適應(yīng)氣候變化。“‘開源’與‘節(jié)流’并舉，改變我們的能源獲取和消費(fèi)方式，可以有效加速社會(huì)經(jīng)濟(jì)綠色低碳發(fā)展。”趙傳禹強(qiáng)調(diào)，“半導(dǎo)體技術(shù)與這兩者都有著密切關(guān)系。”
