ST：助力“双碳”目标，半导体企业在能源转换链领域大有可为

编者按
2021年，“双碳”目标的实现对经济、科技都带来巨大影响。作为电子信息技术的重要基础，在“双碳”目标实现之路中，集成电路产业自然不能作为旁观者。过去的一年，“双碳目标”对集成电路产业带来哪些挑战和机遇？哪些领域有望获得高速增长？半导体产业链的各大厂商对于“双碳”这个新赛道都有哪些布局？


此文中，意法半导体亚太区功率分立和模拟产品器件部市场和应用副总裁Francesco MUGGERI(沐杰励)对ST助力“双碳”目标实现的发展战略和创新产品作了深入介绍。

▲意法半导体亚太区功率分立和模拟产品器件部市场和应用副总裁 Francesco MUGGERI(沐杰励)

Q1
实现碳达峰、碳中和是我国重大战略决策，绿色低碳将是我国未来经济社会发展的重要理念。ST在可持续发展及绿色低碳发展方面有哪些总体战略、举措和计划？

气候变化是全世界面临的最大的经济和环境挑战。中国、美国、印度和欧洲的碳排放量之和占全球碳排放总量的50%以上。这些国家地区制定了不同的碳中和路线图。例如，我们知道中国已承诺在2060年实现碳中和。

鼓励使用可再生能源解决方案，提高能源成本效益和经济性，是实现碳中和目标的一个关键因素，在这个方面，半导体行业可以发挥积极的作用。ST以可持续的方式为可持续发展的世界创造科技，这并不是什么新鲜事儿。自 1987 年公司创建以来，我们就一直在做这件事，并将其嵌入我们于 1995 年发布的第一个环境十诫中。可持续发展原则已经嵌入我们的经营模式和企业文化25 年有余。事实上，意法半导体的创新技术和价值理念也有助于帮助客户应对环境和社会两大挑战。

ST 的商业目标是通过推出新的功率半导体材料（SiC 和 GaN）和对传统材料（硅）的不断创新，在智慧出行应用领域，特别是电动汽车应用，保持市场领导地位，让汽车驾驶变得更安全、更环保。我们也积极参与电源和能源转换技术研发，尤其是各种可再生能源技术，满足大多数应用的高能效要求。最后同样重要是，我们还有实现和管理超低功耗系统的微控制器和ASIC 等器件，使城市、家庭和办公场所变得更智能。

现在我们正在加快公司内部的可持续发展行动，去年宣布到 2027 年实现碳中和这一目标，是最早作出碳中和承诺的半导体公司。为了实现这一宏伟目标，我们正在与所有利益相关者和主要减排组织共同行动。

重要的是我们做得更多更好。首先，我们将遵守在 2025 年之前将升温控制在 1.5°C内的目标（巴黎气候大会协定COP21）。此外，我们还计划到 2027前ST所有工厂全部使用可再生能源，这是我们应对气候变化承诺中的重要一步，阻止气候变化是一场需要集体行动的全球战役。举例来说，我们参与了苹果公司的清洁能源计划——我们可以提及这个名字，因为是公开信息。我们有自己的碳中和计划，其中包括大幅降低能源消耗，这是我们在上个世纪90年代就已作出的首个承诺。自1994 年以来，我们已将 PFC 排放量减少了 78%，因此，碳中和对我们来说并不是新鲜事情。

我想这就是为什么ST被CDP评选为A级企业的原因——CDP是最严格的减碳评级标准，去年该组织在全球所有行业中只评选出277 家公司，ST很荣幸榜上有名。

Q2
垂直领域，“双碳”目标带来哪些挑战和机遇？ST有哪些创新技术及解决方案，助力客户实现低碳目标？

在分享关于机遇和挑战的观点之前，我先分享一下我们的能源转换计划。你们可能知道，许多国家正在利用可再生能源（尤其是太阳能和风能）发展本国的能源生产能力，以减少碳排放。作为半导体技术的领导者，我们在提供解决方案和创新技术方面发挥着重要作用。

接下来，输储电是另一个半导体可以创造价值的市场。芯片还在能源转换链最后一个环节的用电市场发挥积极的作用。智慧城市、智能家居、电动汽车等交通运输领域，都需要大量的半导体。ST专注充电站、数据中心、智能家居、智能楼宇、智慧城市、智能工厂等基础设施，所有这些都需要大量的能源和创新设备。

因此，在这个能源转换链中，半导体解决方案有很多机会。

减少能源浪费有两种有效的方法。第一种方法是提高能效，在这个方面，我们提供能效更高的功率转换产品，例如，能效高于94%的AC-DC功率变换芯片。

第二种方法是通过提高系统智能来最大程度地减少能源浪费，例如，当路上没有汽车或行人时，我们是否需要点亮整条道路或一段路？不需要，对吧？但是，当有汽车或行人在路上行驶时，亮灯会提高安全性。智能系统可以在需要时自动地开关路灯，能够更高效地使用能源。

Q3
在“碳中和”目标的实现路径中，宽禁带半导体技术被寄予厚望，ST如何看待SiC、GaN技术的未来发展？并在相关领域有哪些优势技术和产品？未来有哪些布局和规划？

碳化硅 (SiC) 和氮化镓 (GaN) 是我们在电力电子领域的两个重点投资项目。我们还投资创建了自己的 SiC 原材料晶圆制造能力，通过收购Norstel AB（现更名为ST Silicon Carbide AB），我们成为一家全盘掌控SiC供应链的制造商。对于碳化硅，我们还加强了与供应商的合作伙伴关系，签订了超过7.5亿颗晶圆供应协议，以便灵活地满足市场需求。我们还刚刚发布了第三代STPOWER SiC 产品，并投入巨资支持我们的汽车和工业计划，预计2024 年这项计划将实现10 亿美元的SiC 收入。

现在，我们提供各种采用不同技术的STPOWER SiC 产品，电压范围从 650V 到 1700V，包括刚刚发布的第三代产品。这一切都是为了提高能效。这些器件可以降低能量损失50%，并提高开关频率，缩减产品尺寸，降低重量以及拥有成本。

氮化镓 (GaN) 是另一项前景非常光明的重要技术。事实上，我们有一个产品系列已经上市，产品性能非常好，令人印象深刻。该系列叫做MASTERGAN，在封装中集成 GaN HEMT 晶体管和匹配的硅驱动器，可降低在应用中集成这些高能效器件的复杂性和难度。

此外，2021年底，我们刚刚推出了一个新系列——PowerGaN氮化镓晶体管产品家族，能够显著降低各种电子产品的能耗和尺寸。

我们预计到 2025 年，GaN 市场规模可能会略低于 10 亿美元。GaN 器件可以让应用实现更高的能效、更高的功率密度和更小的尺寸。这项技术还减少了功率损耗，在某些应用中，是满足环保和可持续要求的理想产品。

我们收购了GaN 技术开发和创新公司 EXAGAN 的多数股权，并与代工厂建立合作伙伴关系，以缩短上市时间，并实现多地量产。我们还将推出G-HEMT e-mode 系列GaN 晶体管，并将在明年下半年推出G-FET d-mode 系列。目标应用包括消费类电子产品，例如，充电器、PC机外部电源适配器、LED 照明驱动器、电视机等家电内部电源。全球消费电子产品的产量很大，如果提高能效，可大幅减少二氧化碳排放。在功率更高的应用中，ST的 PowerGaN器件还能让电信电源、工业驱动电机、太阳能逆变器、电动汽车及充电机受益。G-FET 和 G-HEMT 都属于 STPOWER 产品组合的 PowerGaN 系列。我们还将推出主要针对汽车市场的STI2GaN，不久后还将推出更多的基于GaN 的新技术，丰富我们的 GaN 产品组合。

Q4
绿色低碳技术创新应用是实现碳中和目标的重要一环，半导体领域是否有应用于绿色低碳领域的共用性技术及产品？

实现碳中和有两种重要方法，首先提高能效。因此，我们提供功率变换效率更高的产品和技术；第二种方法是利用智能技术提高能效，减少能源浪费。

我们以电器广泛使用的电机控制为例解释智能技术的好处。电机控制转向变频控制的趋势日渐加强。变频电机控制可以延长电器的使用寿命，降低噪音，节能降耗。

另一个例子是工业自动化。工业自动化适合利用智能技术提高能效。从使用传感收集数据，到MCU 处理传感数据，ST提供支持本地系统的自动化技术。ST的自动化技术可以简化多协议通信，简化从本地数据边缘到集中数据处理再到远程云端的计算处理。

自动化系统需要很多芯片，ST拥有自动化所需的全部芯片。我们拥有能够处理最先进协议的通信产品，例如，家庭和办公自动化KNX芯片以及IO-Link工业用通信芯片。

Q5
对2022年半导体市场发展前景有哪些预期？哪些细分市场有望受益于“双碳”目标实现而得到爆发式增长？

我们很早就确定，能源、物联网和 5G半导体市场有发展前景，多年来将其列为我们公司战略的组成部分。疫情使这些高能效的半导体技术变得更加重要。我们已经看到这类半导体的潜在增长趋势在疫情期间在加强。我们预计到明年这些趋势将继续加速发展。这些趋势与双碳承诺完全一致。

在智能出行方面，我们看到全球各国特别是中国政府都出台了鼓励政策和投资计划，加快推动汽车电动化进程，汽车市场预测报告中的电动汽车普及体现了政府支持。我们知道，中国在这个领域处于领先地位。ST与深圳的比亚迪等头部电动汽车大公司密切合作。

电动汽车普及还将拉动快速充电站等基础设施投资。在每个充电站中，半导体价值超过 300美元，以基于先进的高性能MCU和SiC MOSFET的数字充电解决方案为主。ST产品和技术在这些方面上处于领先地位。

在电力和能源领域，在政府政策和投资计划的支持下，对电网、绿色公共交通和能源转型等关键基础设施的投资正在扩大。中国在支持能源转型方面处于领先地位，并承诺实现碳中和。中国正在提高可再生能源的利用率，例如，利用风能、太阳能和水力发电，利用太阳能供暖，利用生物燃料为运输工具提供动力燃料。

在这方面，风能和太阳能两种可再生能源技术需要大量使用电子产品，SiC 和GaN再次发挥重要作用。今天，SiC是风能和太阳能大功率应用的理想选择，而GaN特别适用于所谓的太阳能系统流或微型逆变器。举例来说，在太阳能功率变换中，我们的STPOWER SiC器件正助力中国主要的新能源公司提高光伏板和光伏逆变器的能效，降低成本。


在物联网和5G领域，市场需求在过去一年中再次增长。我们已经看到智能家电市场强劲崛起，顶级行业专家预测未来几年将进一步加速。

在正在经历“绿色经济”转型的智能家居、智能建筑和智慧城市领域，意法半导体的高能效产品，包括微控制器、传感器、连接和安全解决方案、电源管理产品等等，将会再次找到用武之地。