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遇上碳中和,半导体公司如何“起舞”?

本文作者:吴优 2021-11-17 17:33
导语:意法半导体承诺到 2027 年实现碳中和。

遇上碳中和,半导体公司如何“起舞”?

“碳中和”涉及行业领域众多,如果仔细分析碳排放的主要来源,便能发现半导体公司会从底层技术和最终排放两个层面影响碳中和,是推动全球碳中和至关重要的一环。

根据世界资源研究所的数据统计,2017 年全球碳排放主要来源包括发电供热 42%、制造和建筑业 23%、工业生产过程 9.7%,交通运输 7.5%,聚焦中国,发电供热行业占 30.4%,交通运输 16.2%、制造业和农业分别占据 12.4% 和 11.8%。

这意味着,实现碳中和目标需要发电供热行业和交通运输行业做出变革,这也为长期以来只是在有国家补贴业绩上涨,补贴减少或没有补贴业绩下降的光伏风能发电和新能源汽车等产业带来了机遇。

按照《2030 年前碳达峰行动方案》,到 2030 年,风能、太阳能发电总装机总量到 12 亿千瓦以上,但截止 2020 年,全球光伏装机容量才 0.76 亿千瓦,之间存在巨大的增量空间。随之而来的便是太阳能发电板、单晶硅发电板需求量增大,光伏发电领域的半导体需求量增多。

而在汽车领域,新能源汽车所消耗的半导体数量是传统燃油车的 3 至 4 倍,MCU 需求量增长 30%。

遇上碳中和,半导体公司如何“起舞”?

意法半导体副总裁、中国区总经理曹志平

“按照整个新能源车的渗透率,预计到 2026 年,至少需要用到 900 多亿颗芯片,2035 年需要用到 1285 亿颗芯片。”意法半导体副总裁、中国区总经理曹志平说道。

更值得注意的是,由于氮化镓(GaN)、碳化硅(SiC)为代表的第三代半导体具备耐高温、高频率、大功率等优势,相比硅器件可减低 50% 以上的能源损失,并减小 75% 以上的装备体积,能够在5G基建、新能源汽车充电桩、特高压及轨道交通四大领域发挥重要作用,成为碳中和浪潮下的半导体“新星”。

光伏、新能源、第三代半导体都是碳中和下技术趋势与半导体公司们的机遇,半导体公司将如何与碳中和共舞?在意法半导体(ST)2021工业峰会上,ST 给出了一些答案。

碳中和大势下,半导体产业更新升级

2020 年底,ST 承诺到 2027 年实现碳中和,并已经从智慧出行、电力与电源、物联网和5G市场布局,推动可持续发展。

据 ST 总裁兼首席执行官 Jean-Marc Chery 的介绍:“对 ST 而言,智慧出行就是帮助汽车制造商让每个人的驾驶更安全、更环保、更互连,涉及包括电动汽车快充电站等配套基础设施的建设。”

“在电源与能源管理方面,ST 的目标是让不同的行业能够全面提高能效,同时提高可再生能源的使用率。能效的提高更智能的系统设计,能效更高的功率半导体,以及数字电源控制解决方案。”

“在物联网和 5G 方面,我们希望推动智能互连物联网设备大量普及,提供微控制器、传感器、独立连接安全解决方案,以及完整系统所需的模拟和电源管理芯片。去年以来,智能家电增长强劲,预计未来几年将进一步发展。”

有了大方向上的战略规划,在践行可持续发展的道路上,ST 具体如何用其底层的半导体技术赋能各个行业呢?

遇上碳中和,半导体公司如何“起舞”?

在意法半导体的媒体交流活动中,ST 亚太区功率分立及模拟器件产品部,电源与能源技术创新中心应用开发经理李晓先列举了 ST 在太阳能转化方面的具体案例。

李晓先表示,太阳能是产生更多能源的绿色方式之一,无论是在西部能源站还是工商业屋顶,都安装了更多的太阳能,而 ST 有很多高能效的能源转化方案,例如高效率的屋顶光伏产生的转化器,会用到 ST 高性能MCU、IGBT和隔离设备等新产品。

“我们安装的太阳能越来越多,同时也带来一些顾虑:如果这些太阳能设备 5 至 10 年就损坏了,会造成很大的能源浪费。因此太阳能设备的使用寿命也是目前行业关注的重点。ST 正通过一些列技术延长太阳能设备的寿命。”

据李晓先介绍,ST 的通信技术与智能光伏技术相结合,一方面能够有效管理光伏模块,提高效率,另一方面一旦光伏模块出现故障,通信技术能够发布警报,高效地维护整个网络,安全性得以保障。

ST 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 也表示,ST 正在为风能和太阳能这两个市场产生更多的电子元件,SiC对于大功率风能和太阳能都是十分理想的,GaN则尤其针对太阳能系统中的“流”或是微型逆变器。

“针对 SiC,我们已经做了大量的投资,收购 Norstel 垂直整合供应链,计划在 2024 年实现 40% 的内部晶圆供应;在 GaN 方面,我们已经在法国图尔市投入 GaN 生产,很快就会拥有我们自己的技术。”

芯片制造节水省电,半导体大厂碳中和的必修课

碳中和对半导体产业提出要求,尤其是对第三代半导体需求迫切,由此引发第三代半导体大热,半导体大厂们调整战略方向直指碳中和。但芯片制造本身耗电耗水严重,是否会让半导体公司业务所指,所节省的能源,所提高的能效,在芯片制造大量能源消耗下,最终无济于事?

五个月前,苹果在一份报告中称,计划未来十年内所有的业务、生产供应链及产品生命周期将净碳排放量降至零,实现碳中和。

为实现这一目标,苹果打出一套“碳中和”组合拳,定制 10 年气候路线图,并围绕低碳设计、能源效率、可再生电力、直接减排和碳清除五大支柱定制措施,详细说明了其在 2030 年之前将要采取的敢于措施和改变。

不过,哈佛大学研究员乌迪特·古普塔(Udit Gupta)在其一篇论文中指出,芯片制造占电子设备“碳排放的大部分”,因此台积电或将成为苹果碳中和最大“拦路虎”。

来自绿色和平组织的数据显示,台积电使用了台湾发电量的近 5%,到 2022 年这一数字可能上升到 7.2%,另外台积电 2019 年消耗了约 6300 万吨水,彼时台湾正在经历 50 年来最严重的旱灾。

古普塔提出的这一问题,不仅是苹果这类科技公司需要面临的问题,更是广大半导体公司需要共同面临的问题。

半导体厂商们当然也想到了这一点,ST 已经承诺 2027 年购买的电力 100% 来自可再生能源发电,承诺成为半导体行业中最早实现碳中和的公司。

另外,Francesco MUGGERI 还向雷锋网透露,ST 为实现碳中和,在芯片制造方面设立了十分先进的项目,项目的具体内容不便明说。“不过,在对可持续,尤其是碳中和的遵循方面,我们比市场中任何其他公司都要走在更前面。”

事实上,在20多年前,ST 就发起了可持续发展倡议,并在过去几年一直努力优化水电气的利用率,在ST的官网上,可以查看自 2010 年起每一年的可持续发展报告。

未来,ST将会如何从芯片制造方面推动碳中和?我们拭目以待。

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