2022年8月16日，在由AspenCore主辦的《2022國際“碳中和”電子產(chǎn)業(yè)發(fā)展高峰論壇》上，X-FAB市場總監(jiān)衛(wèi)鶴鳴從寬禁帶半導體晶圓代工廠的角度出發(fā)，介紹了Foundry廠在碳中和背景下的機遇與挑戰(zhàn)。tC2esmc

X-FAB提供晶圓代工廠和IP業(yè)務

數(shù)字芯片的發(fā)展遵循摩爾定律，這類芯片與先進工藝互相依賴。而模擬芯片不遵循摩爾定律和行業(yè)周期，模擬芯片有一個重要的發(fā)展趨勢——多樣化（差異化）。在模擬IC中是應用驅(qū)動工藝平臺的發(fā)展。由于模擬工藝是由應用驅(qū)動，所以模擬設計公司與晶圓廠的配合比數(shù)字芯片更加緊密。tC2esmc

衛(wèi)鶴鳴介紹說，X-FAB是一個晶圓代工，除了有晶圓代工業(yè)務之外，還為芯片設計公司提供IP。“我們在模擬領(lǐng)域深耕，擁有很多模擬IP，助力客戶實現(xiàn)模擬應用，更好的連接數(shù)字生活。”tC2esmc

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X-FAB的持股中心在比利時Tessenderlo，全球各地分布了六個生產(chǎn)基地，其中三個在德國，一個在馬來西亞Kuching，一個在法國Corbeil-Essonnes（射頻生產(chǎn)基地），一個在美國Lubbock（碳化硅生產(chǎn)基地）。這六個生產(chǎn)基地約有4000多位員工，總計晶圓廠能約100K/月。tC2esmc

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X-FAB專注汽車、工業(yè)、醫(yī)療和消費類市場。這些市場具有不同的特點，汽車市場對可靠性更高，工業(yè)市場需要產(chǎn)品多樣化，醫(yī)療市場要求客制化，消費類市場對產(chǎn)能要求最大。目前，X-FAB重點是在汽車行業(yè)，去年6.5億歐元的營收中，有超過一半來自汽車市場。tC2esmc

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電動汽車和燃油車里的很多器件，比如剎車制動系統(tǒng)、LED大燈、車內(nèi)通訊、DC-DC電源、動力等，車內(nèi)幾乎所有的模擬類相關(guān)的工藝平臺，X-FAB都有相應的平臺來支撐應用。X-FAB提供的常規(guī)CMOS平臺（上圖左邊），可為芯片設計公司提供基礎的數(shù)字模擬IP；X-FAB在德國的MEMS平臺（上圖右上角），主要為汽車企業(yè)生產(chǎn)車用傳感器產(chǎn)品，比如胎壓/壓力傳感、氣體傳感等，這些傳感器還能應用到醫(yī)療領(lǐng)域，使用為DNA檢測、細胞打印等；寬禁帶半導體平臺（上圖右下角，碳化硅（SiC）和氮化鎵（GaN）），能加快芯片設計企業(yè)SiC芯片的上市時間。tC2esmc

“碳中和”帶來了哪些技術(shù)變革？

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歐盟2020年發(fā)布的一份報告指出，2030年之前必定會發(fā)生的幾大趨勢：tC2esmc

• 全球變暖。2015年《巴黎協(xié)定》要求把全球平均氣溫升幅度，控制在工業(yè)化前水平以上低于2℃之內(nèi)，并努力將氣溫升幅限制在工業(yè)化前水平以上1.5°C之內(nèi)。在此基礎上，各國紛紛提出了“碳中和”目標。
• 化石能源需求逐年增多。歐盟的報告指出，在2030年之前，我們對化石能源（煤炭、天然氣、石油）的需求每年都會增加。
• 城市化加劇。因全球經(jīng)濟持續(xù)發(fā)展，人口將越來越多，中產(chǎn)也會更多，這將家中城市化，從而帶來更多CO₂的排放。同時，城市化還會使物物、人物相連成為不可避免的趨勢。預計到2030年，全球智能設備將增長至1250億臺，人人互聯(lián)不單是指互聯(lián)網(wǎng)溝通，屆時人物聯(lián)網(wǎng)溝通將非常頻繁。
• 老齡化增多。未來人們會更加關(guān)注身體健康，涉及到潛在醫(yī)療傳感器市場。便攜血壓檢測、心率檢測，植入體內(nèi)的傳感器，都將有非常大的市場規(guī)模。這些市場都會使用到低功耗傳感器。
• 技術(shù)更新遠超現(xiàn)象。未來5G、3D打印、區(qū)塊鏈、AI等前沿技術(shù)，將能更快量產(chǎn)并成為趨勢。
• 中國GDP在2030年之前會超過美國，成為全球GDP排名第一的國家。
• 全球能源消耗將以每年1.7%的速度增長，這推動節(jié)能減排相關(guān)技術(shù)在全球市場的發(fā)展，寬禁帶半導體具備極大的應用潛力。

在衛(wèi)鶴鳴看來，“碳中和”帶來的技術(shù)趨勢主要有四大方向：tC2esmc

• 降低能耗，提高電能轉(zhuǎn)換效率，提高自動化程度，去中心化功能，增加分散式電能的使用（電池供電設備）。每一個個體、每一個建筑，都不僅是消耗能源的端口，也可以是生產(chǎn)能源的端口。能效一直是碳中和的重要話題，對功率器件和寬禁帶半導體來說機會巨大。
• 碳中和技術(shù)的變革。從化石燃料驅(qū)動的交通工具，轉(zhuǎn)變?yōu)殡妱咏煌üぞ?，包括電動客車、電動汽車、電動火車等?/li>
• 可再生的能源的應用增多，例如光伏、太陽能，光伏，水能等等。
• 需要超低功率提供設備，智能化需要額外的傳感器，更高的功率效率了減少整體的能量的損耗，導致了更長的電池壽命。

“碳中和”給模擬晶圓廠帶來的機會

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對模擬晶圓廠而言，“碳中和”主要帶來三個潛在機會點：tC2esmc

• 第一個是出行。汽車的電動化、智能化趨勢，延伸出非常多的半導體芯片需求。比如，ADAS系統(tǒng)、Lidar、RF器件、MMIC、隔離器件等。
• 第二個是能源。包括可持續(xù)能源（智能表計、電力轉(zhuǎn)換器和基礎設施）和工業(yè)4.0（工業(yè)自動化、機器人、M2M通信）。預計2021-2029年期間，SiC/GaN半導體的復合增長率超過20%，2021-2030年，全球工業(yè)4.0市場CAGR接近20%。
• 第三個是傳感器。智慧樓宇和智慧城市用到非常多的傳感器，比如照明傳感器、溫度傳感器、CO₂傳感器等，預計2021-2028年期間，全球智能樓宇市場CAGR為21.6%，2021-2026年期間全球智慧城市市場CAGR達18.2%。

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最近幾年，電動汽車在國內(nèi)的發(fā)展非?？?，各行各業(yè)都緊盯著電動汽車市場，同時中國也是電動車普及率最快的國家。據(jù)統(tǒng)計，電動汽車所采用的半導體器件是燃油汽車的三倍。隨著更多汽車品牌確定所有車型電動化的時間節(jié)點，預計在2020-2025年期間，全球模擬器件銷售額將有非常好的增長，其中車規(guī)模擬器件銷售額CAGR將達到14.6%。tC2esmc

寬禁帶半導體（本文主要指的是碳化硅、氮化鎵）是硅基半導體的補充，在功率領(lǐng)域具有非常大的優(yōu)勢。寬禁帶半導體具備高功率、高頻率、低損耗的特點，在功率器件上有一定的優(yōu)勢。隨著電動車的發(fā)展，寬禁帶半導體的發(fā)展非?？欤占岸纫卜浅V。tC2esmc

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以當前比較火的手機快充為例，自蘋果手機帶火了氮化鎵（GaN）之后，現(xiàn)在國內(nèi)很多廠商都在使用這種技術(shù)做快充。還有可持續(xù)能源、電動化、電動汽車、IoT/工廠自動化、云服務器（數(shù)據(jù)中心），所有的自動化的核心是能源轉(zhuǎn)換，寬禁帶半導體可大幅提升能源轉(zhuǎn)換效率。tC2esmc

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SiC和GaN各有各的特性，比如SiC適合高功率、高電壓應用，主要支持650V以上甚至3000V以上的電壓的應用。GaN主要適用于中功率100-900V的應用。衛(wèi)鶴鳴認為，SiC和GaN會在市場中共存一段時間，不過未來會在650V區(qū)間必有一戰(zhàn)。在Si方面（MOSFETs IGBTs），它將從8英寸往12英寸擴大量產(chǎn)。tC2esmc

X-FAB可提SiC和GaN方案。在GaN方面，可提供100-900V產(chǎn)品，但因產(chǎn)能有限，現(xiàn)在會偏重于制作某一個電壓段，或者一個類型的產(chǎn)品。tC2esmc

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在SiC方面，國際碳化硅玩家主要以IDM為主，IDM模式的玩家占據(jù)了約90%的市場份額，剩余的碳化硅玩家只有10%左右的市場。X-FAB的目標是，到2025年拿到非IDM碳化硅市場的90%的份額。另外，X-FAB的碳化硅營收預期也非常好，2021-2025年CAGR大于15%。從技術(shù)角度來看，X-FAB的6英寸、8英寸的布局完整。tC2esmc

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傳感器是X-FAB第三個重點。未來對傳感器的需求是不單追求低功耗，更加追求的低功耗系統(tǒng)。未來的傳感器會與邊緣計算牢牢綁定在一起，來實現(xiàn)邊緣AI的效果。從上圖的左側(cè)是比較傳統(tǒng)經(jīng)典的運算架構(gòu)，隨著先進工藝越來越往前發(fā)展，CPU算力遠遠超過了存儲或者數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俣?，這會給數(shù)據(jù)傳輸墻/運算墻帶來瓶頸。tC2esmc

現(xiàn)在有很多家廠商在做存內(nèi)計算的方案，計算單元嵌入到內(nèi)存當中。把計算單元嵌入到內(nèi)存當中的理想情況下，存內(nèi)計算可以有效消除存儲單元與計算單元之間的數(shù)據(jù)傳輸耗能過高、速度有限的情況。tC2esmc

小結(jié)

“晶圓代工廠沒有終端產(chǎn)品，但可以給芯片設計公司提供創(chuàng)新技術(shù)和平臺，幫助他們實現(xiàn)最終應用方案。我們與產(chǎn)業(yè)上下游一起努力，往更創(chuàng)新的應用去發(fā)展，最終實現(xiàn)碳中和目的。”衛(wèi)鶴鳴最后強調(diào)說。tC2esmc