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作者：邵樂峰

轉載自：《電子工程專輯》

不斷提高可再生能源在我國能源結構中的比重，不斷推進各行各業節能減排的進程，是實現中國政府提出的30/60目標的兩大必要條件。作為全球功率半導體領軍企業，英飛凌非常看好新能源行業未來的發展前景，并正積極參與其中。

千萬里“風”“光”，點亮千萬家燈火

剛剛結束的北京2022年冬奧會和冬殘奧會，讓北京作為全球首個“雙奧之城”享譽世界。在此光環背后，更值得我們關注和自豪的，是本屆冬奧會也是歷史上首個“全綠電”的奧運會——北京冬奧會三大賽區、26個場館，歷史性的首次實現100%綠色電能供應，標志著中國新能源發電和電網建設進入了快速發展的新時代。

所謂“綠電”，指的是在生產電力的過程中，它的二氧化碳排放量為零或趨近于零，相較于其他方式(如火力發電)，對環境的沖擊影響較低，主要來源為太陽能、風力、生質能、地熱等。而本屆冬奧會所使用的綠電，主要來自河北省張家口市的張北地區，以“風、光、氫”三種形式為主，涵蓋發電、輸電和用電三大環節。

據張北縣政府統計，截止2021年4月，張北地區新能源裝機總規模為560萬千瓦，其中風電裝機規模358萬千瓦，并網334萬千瓦；光伏建成202萬千瓦，并網202萬千瓦。未來，經張北柔性直流輸電工程，每年可向北京輸送約225億千瓦時(KWh)綠色電能，相當于北京年用電量的十分之一。而在用電側，北京冬奧會示范運行超1000輛氫燃料汽車，配備30多個加氫站，是全球最大的一次燃料電池汽車示范。

相關數據顯示，到冬殘奧會結束，北京冬奧場館共消耗綠電約4億度，由此減少標煤12.8萬噸，減排二氧化碳32萬噸。這表明，中國在以實際行動踐行“碳達峰、碳中和”承諾的同時，也在讓綠色發展理念逐漸成為全社會的共識

讓我們將時鐘撥回到2021年3月15日，當時正在召開的中央財經委員會第九次會議，為我國能源電力行業的下一步發展奠定了基調，指明了方向，即：

“構建清潔低碳安全高效的能源體系，控制化石能源總量，著力提高利用效能，實施可再生能源替代行動，深化電力體制改革，構建以新能源為主體的新型電力系統。”

很顯然，中央給出的最新定調——“構建以新能源為主體的新型電力系統”，與能源電力行業包括國家能源局此前對“新一代電力系統”的定義——“構建適應高比例可再生能源發展的新型電力系統”在表述上有著明顯差異。

這意味著，低碳發展戰略已經成為了一項國家戰略。以風電、光伏、水電、新型儲能技術為代表的新能源電力體系將很快上升為主體，傳統煤電要從電力系統的主體位置上離開，我國傳統電力能源結構比例將發生徹底改變。

“中國政府提出的2030碳達峰和2060年碳中和目標，是新能源行業發展的重要支撐，不斷提高可再生能源在我國能源結構中的比重，不斷推進各行各業節能減排的進程，是實現30/60目標的兩大必要條件。”英飛凌科技高級副總裁、工業功率控制事業部(IPC)大中華區負責人，英飛凌集成電路(北京)有限公司執行董事于代輝在接受《電子工程專輯》獨家專訪時表示，作為全球功率半導體領軍企業，英飛凌非常看好新能源行業未來的發展前景，并正積極參與其中。

英飛凌科技高級副總裁

工業功率控制事業部大中華區負責人

英飛凌集成電路(北京)有限公司執行董事

于 代 輝

以本屆冬奧會為例，從國家風光儲輸示范工程二期風電變流器、國家速滑館“冰絲帶”320kW光伏電站光伏逆變器中的IGBT，到張北柔性直流電網±500kV張北換流站高壓直流斷路器中的4.5KV高壓碟式快速二極管、電路輸運系統中無數的電能質量(APF有源濾波，SVG靜態無功發生器)設備，再到氫燃料客車所使用的SiCMOSFET、AURIXMCU+EiceDRIVERIGBT驅動+1200V/900A雙IGBT模塊整體解決方案，英飛凌攜手多家國內電力設備領域的佼佼者，深度參與到各類冬奧綠電建設和用電保障項目中，一起為綠色冬奧做出貢獻。

于代輝指出，目前風電和光伏的發展無疑是一日千里，隨著可再生能源比例的提升，為了維持供電系統的穩定性，保證電力系統的調節能力，穩定高效的輸配電系統和儲能系統的重要性也將逐漸凸顯，它們對綠色高效的追求正成為功率半導體發展的重要驅動因素。

但依靠功率半導體實現綠色高效目標的行業又何止新能源一個，從傳統的變頻器、工業電源，到新能源汽車、充電樁、高鐵，以及日常生活中所使用的家用電器，功率半導體的身影無處不在。正如IPC部門對自家產品的描述，“雖然看不見，但是卻致力于讓大家的生活更美好；雖然摸不到，但是卻默默的建設可持續的未來”。

例如，變頻器廣泛應用于各種工業系統中，對于系統節能減排具有顯著的作用；數字化時代帶動的數據中心發展提高了對UPS(不間斷電源)的需求；電動汽車、高鐵、各種變頻家電在讓生活變得更加便捷、綠色的同時，也帶來了更多的市場機遇。

調研機構的數據顯示，2021年新能源汽車單車平均半導體含量為600-950美元，其中PHEV和BEV車型的動力總成半導體含量最高，約75%來自逆變器，25%來自OBC、DC-DC、BMS、模擬及其它輔助器件。這意味著，伴隨著電動化程度的加深，新能源汽車的功率半導體含量和經濟價值正在不斷增加。

當然，不同行業對功率半導體的需求不盡相同——有的追求更高的功率密度，有的追求更高的頻率，有的追求更高的可靠性，還有的追求最新的技術(如碳化硅)，如何非常深刻的理解上百種不同的應用場景？如何加快產品的更新迭代速度，來適應數字化的挑戰？對于代輝所領導的IPC事業部來說，既是挑戰，也是機遇。

為世界注入無限綠色能源

英飛凌連續18年蟬聯全球功率半導體市場占有率第一的殊榮，是當之無愧的行業領導者，其IPC部門在英飛凌“連接現實與數字世界，讓人們的生活更便利、更安全、更環保”這一宏大愿景中扮演著非常關鍵的角色，也為本土的特高壓、高鐵城鐵、新能源充電樁、大數據中心等應用不斷添磚加瓦。

“電氣化和數字化是驅動我們業務發展的兩個長期動力。”于代輝對記者說，如果把一個系統比喻成一個人的話，IPC的產品更像是心臟，是系統的電流中轉站和動力中心，通過一次次的跳動(on-off switch)，為包括電動汽車、智能家電、服務機器人在內的各級各類系統注入源源不斷的動力，這也是IPC部門那句著名的slogan：“為世界注入無限綠色能源”的來歷。

我們這里所說的“無限”，其實包含兩層意義：

第一是指綠色能源(風電、太陽能)本身的無限性，也就是我們常說的“取之不盡，用之不竭”。但綠色能源本身雖然是無限的，但卻不能方便的直接使用，所以“無限”的第二層含義，則是說要通過相關的產品將綠色能源轉化為更便于使用的形式，而不僅僅局限在古老的風車磨坊或者陽燧取火，從而充分釋放綠色能源的無限潛力。

于代輝用下圖為我們簡單描述了英飛凌功率半導體產品在提升整條能源全價值鏈效率，包括可再生能源發電、能源傳輸與配送、能源儲存與能源使用三個環節中扮演的角色——發電端，促成可再生能源到電能的轉換，并不斷提高能源轉化的效率，減少損耗；輸配電網絡中，處于換流閥中的功率半導體是實現交直流轉變的關鍵單元，同時也大量優化電能質量設備(無功補償，有源濾波等)的核心組成部分；用電端則覆蓋廣泛，包括了前文中提到的眾多應用。

“英飛凌是唯一一家在能源效率方面，可以面向發電、輸電、配電和儲能領域提供完整產品和系統解決方案的功率半導體公司。”他強調道。

請注意這里所提及的“系統解決方案”。也許您會認為，“將單獨的器件組合，以高度系統化的方式運作”，并沒有什么值得大書特書之處。但如果回顧英飛凌過去20年的轉型之路，從早期非常專注于元器件產品的技術供應商(Technology Provider)，到FY09財年以后系統集成商(System Integrator)的定位，再到轉型成更加趨向于應用為導向，為客戶提供系統解決方案，幫助他們在差異化競爭中取得領先的解決方案供應商(Solution Provider)，就會明白這條路走的并不輕松。

2021財年(2020年10月1日至2021年9月30日)，英飛凌的總營收首次超過110億歐元，同時盈利能力也顯著提升。用英飛凌公司首席執行官Reinhard Ploss博士的話講，就是“得益于這種轉型，我們現在比以往任何時候都更強大”。

這種自上而下的，“從產品到系統”的戰略方針在IPC部門也得到了很好的貫徹。一方面，英飛凌在傳統硅IGBT產品上持續投入，不斷推陳出新，滿足各種新興應用提出的新需求；另一方面，不斷加大在第三代寬禁帶功率半導體領域的投入，與本土市場共同成長。

但從產品技術到解決方案，是一項龐大的系統工程，并非僅靠一己之力就能順利實現，需要構建一個完善的全價值鏈生態系統。于代輝對此表示認同，他指出，今后，英飛凌將會繼續深化與客戶的合作，傾聽客戶的聲音，推出更多滿足客戶需求的產品，助力他們成為本土市場的技術引領者，甚至是邁向全球市場的先行者。同時，也會繼續和功率半導體生態系統中廣大的合作伙伴們一起，構建更完善的產業生態，開發更創新的方案，為用戶提供更全面的服務。

持續發力第三代半導體

過去的一兩年里，晶圓供應短缺一直是制約寬禁帶半導體產業發展的重大瓶頸之一。面對不斷增長的市場需求，包括英飛凌在內的眾多重量級玩家已經意識到必須擴大投資，以支持供應鏈建設。

于是，2022年2月，英飛凌宣布斥資逾20億歐元，在馬來西亞居林工廠建造第三個廠區。建成之后，新廠區將用于生產碳化硅和氮化鎵功率半導體產品，每年可為英飛凌創造20億歐元的收入。

而再向前追溯6個月，也就是2021年9月，英飛凌宣布位于奧地利菲拉赫的300毫米薄晶圓功率半導體芯片工廠正式啟動運營，有望為英飛凌帶來每年約20億歐元的銷售額提升。這座以“面向未來”為座右銘的芯片工廠，總投資額16億歐元，是歐洲微電子領域同類中最大規模的項目之一，也是現代化程度最高的半導體器件工廠之一。

兩家擁有寬禁帶半導體量產能力的工廠將極大增強供應鏈彈性。英飛凌方面預計，到本世紀20年代中期，其碳化硅功率半導體的銷售額將提升至10億美元。同時，氮化鎵市場預計也將迎來激增。根據Yole發布的2021年第三季度化合物半導體市場監測報告，氮化鎵市場規模將從2020年的4,700萬美元增至2025年的8.01億美元，年復合增長率高達76%。

但其實除了英飛凌之外，不斷加碼以SiC為代表的第三代半導體的國際國內大廠還有很多，收購、擴產的新聞不絕于耳。英飛凌的核心競爭優勢體現在哪里？除了擴充產能，英飛凌今后還有哪些計劃以確保自身在SiC市場的優勢自然成為行業關心的熱點。

對此，于代輝回應稱，從戰略層面來看，英飛凌競爭優勢的形成主要依托于此前提到的“從產品到系統”的戰略方針，以及在該方針指導下所實現的技術領先性、全面的產品組合以及對應用的深刻理解。而從產品角度來看，從1992年開始研發包含SiC二極管在內的功率半導體，到2001年發布世界上第一款商業化SiC功率二極管，30年來，英飛凌一直走在SiC技術的最前沿，各種性能優異的SiC功率器件層出不窮。

除了產品本身，英飛凌還在2018年收購了Siltectra公司，其出色的冷切割技術優化了工藝流程，可大幅提高對SiC原材料的利用率。

根據規劃，未來幾年，英飛凌會將位于菲拉赫的開發能力中心與居林工廠高成本效益的寬禁帶功率半導體生產制造進行有機結合，并將通過改造菲拉赫工廠現有的硅晶圓制造設備，進一步強化其作為寬禁帶半導體技術全球能力中心和創新基地的角色。

熟悉SiC領域的專業人士都比較清楚，SiC最初的應用場景主要集中在光伏儲能逆變器、數據中心服務器UPS電源和智能電網充電站等需要轉換效率較高的領域。但人們很快發現，碳化硅的電氣(更低阻抗/更高頻率)、機械(更小尺寸)和熱性質(更高溫度的運行)也非常適合制造很多大功率汽車電子器件，例如車載充電器、降壓轉換器和主驅逆變器。尤其是特斯拉(Tesla)在其Model 3主驅逆變器中采用了SiC器件之后，示范效應被迅速放大，使xEV汽車市場很快成為SiC市場興奮的源泉，被認為是重塑碳化硅和氮化鎵等新型功率半導體的關鍵。

但同時，他們對SiC器件往往是“又愛又恨”。一方面，SiC器件具有高壓、高頻和高效率的優勢，在縮小體積的同時提高了效率，給市場帶來的機遇也遠遠大于挑戰。但另一方面，SiC在制造和應用方面又面臨很高的技術要求，如何降低使用門檻成為業界熱議的話題。

“每一項新的技術從試用到使用，再到大規模商用，都要經過一段很長的時間，這里面既有技術的成熟度原因，也有產品的成本和供應原因。“于代輝說，技術方面，碳化硅能夠帶來更好的性能，但未必適用于所有的應用，因此應用范圍還不夠廣泛，市場還有待開發。

在成本和供應方面，和傳統的硅器件相比，碳化硅生長緩慢，尺寸小(6英寸為主，少量8英寸有商業化，而硅則是12英寸)，因此成本居高不下。加之目前應用領域有限，而且是最近一兩年才開始爆發式增長，因此產能的擴張明顯落后于需求的增長，規模效應還沒有發揮出來。

理論上而言，隨著各種碳化硅項目紛紛上馬、上游供應量提升、以及在更多領域得以應用，碳化硅產品的使用門檻應該將會有所降低。而且即便最終“單個SiC器件的成本還是會高于傳統Si器件”，由于節省了系統級成本，這對包括新能源汽車在內的很多市場而言反而更具吸引力。

近年來，不少SiC廠商選擇了從晶圓制造，到封裝測試，再到最終成品的“垂直整合”模式，在與記者討論這是否是降低價格，加速產品上市的最好方法時，于代輝指出，半導體行業是一個重資產的行業，生產線投資巨大，對于新進入者來說，巨大的投資就意味著更高的風險，這也是為什么很多公司都是從fabless設計公司開始，通過與專注于代工生產的foundry合作來生產自己的產品。IDM模式未必能降低產品價格，但是卻可以讓廠商有更高的自主性來迭代改善產品，改進生產工藝。因此有實力、并有志于在SiC領域建立長期領導力的企業，一般都會選擇垂直整合模式。

不過，于代輝也同時提醒業界說，盡管現在寬禁帶半導體的熱度非常高，SiC儼然已經成為功率半導體行業的“頂流”，但“好鋼要用在刀刃上”，并不是所有的應用都需要碳化硅的這些特性，畢竟現階段SiC器件的價格比傳統硅器件貴很多。

“目前比較適合SiC應用的行業有光伏發電、電動汽車和充電樁，算是邁出了從傳統硅器件轉向碳化硅器件的第一步，至于其它行業是否會跟進，還要通過更長時間來檢驗，同時也有賴于碳化硅器件成本的下降速度。”于代輝堅持認為，今后很長的一段時間之內，IGBT和SiC將會是一個共存的狀態，會各自在最能發揮他們產品性能的應用中繼續扮演關鍵的角色。

為此，英飛凌還在無錫擴建了IGBT模塊和功率半導體生產線，準備將其打造成為英飛凌最大的IGBT生產基地之一，以更豐富的IGBT產品線，滿足快速增長的可再生能源、各工業領域節能減排、新能源汽車、高鐵、變頻家電、新興行業(比如e-truck, e-marine, e-plane等)等領域的應用需求。

從人口增長與社交方式的改變，到氣候變化與資源的逐漸匱乏；從大幅加快的城市化進程，到全球數字化轉型，過去的兩年里，全球經歷了巨大的轉變，社會和企業對半導體技術的態度也已經從此前的“漸進式采用”轉變為“變革性采用”。那么，如何緊握“電氣化”和“數字化”機遇，將自己鍛造成為行業真正的領導者、踐行者和創新者，是低碳互聯新時代給業界出的一道難題，也是一道好題，而英飛凌則給出了自己的答案。