8寸碳化硅开启能源效率新时代

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Wolfspeed 首席执行官, Gregg Lowe

Wolfspeed 于近日宣布其备受关注的莫霍克谷工厂（Mohawk Valley Fab）正式开业，这是全球首座、最大且唯一的 200mm 碳化硅（SiC）晶圆制造工厂。这对于 Wolfspeed 而言，是公司发展历程上的重大时刻！从更大范围而言，这也是数十年才一遇的技术转型的重要组成部分 - 在横跨所有产业范围内，从硅（Si）基产品向碳化硅（SiC）基半导体的转型。

我们为什么需要

硅（Si）基产品向碳化硅（SiC）基半导体转型

我们现在所处的社会正在越来越多地采用先进科技，同时也越来越依赖科技。科技在我们的每一天时间里，带来无限的机会，解决社会挑战，扩大我们对于宇宙的认知，提升我们的生活品质。但是，我们的环境正在变得越来越难以承受随之而来的巨大成本：传统硅（Si）芯片赋能了绝大部分的科技，但将难以满足新的能源效率标准。

在 2021 年，至少美国十多个州通过了新的清洁能源法规或是采用了新的节能标准，其中多数聚焦在建筑、交通乃至整座城市的电气化。在去年 12 月，美国环保署（EPA）强化了燃油经济性标准（fuel economy standards），要求乘用车的每加仑燃油可供行驶距离，从目前的低于 38 英里，提高至 2026 年的平均 55 英里。纽约州和加利福尼亚州已经通过立法，计划将在 2035 年禁止新的内燃机汽车和卡车的销售。新的标准，就需要新的解决方法。

就碳化硅（SiC）而言，它已经成为许多最为快速增长市场满足“绿色复苏（Green Recovery）”的重要催化剂，并助力雄心壮志的企业更好地达到雄心勃勃的碳排放要求。数据中心、电动汽车、5G 基础设施、可再生能源和储能系统、工业电机、暖通空调、以及所有其它需要采用半导体芯片的应用，它们的能源效率都可以通过采用碳化硅（SiC）来实现优化。

举个例子，数据中心的能源消耗预计在未来数十年将会飙升。数据中心占全球能源使用的比例目前大约仅为 3%，但到 2050 年时，预计将会占总体消耗的 14%。这归因于越来越多的社群正在接入连接，并且采用 5G 技术实现互联的产品和技术也日益庞大。巧合的是，5G 技术也是碳化硅（SiC）可以大显身手的重要领域。

假如这些数据中心的电源和散热系统可以通过采用碳化硅（SiC）取代硅（Si）来进行赋能的话，那么节能下来的能源可以为曼哈顿供电整整一年。与此同时，云提供商设置的严苛能源效率标准是如此之高，以目前的科技图景，只有通过改为采用碳化硅（SiC）才可以满足这些标准。

简而言之，碳化硅（SiC）助力节约全球能源

随着越来越多的企业和机构制定计划，通过采用技术和基础设施来满足新的能源法规要求，工程师和设计人员也正在意识到硅（Si）基芯片已经难以达到预期。与其它可供选项相比，Wolfspeed 在 2020 年销售的产品，可以在其生命周期帮助减少大约 1.25 亿公吨二氧化碳排放。伴随着碳化硅（SiC）这项技术更多地采用，其助力减少的二氧化碳排放也将逐年递增。

需要多久才能实现这个转型

对于碳化硅（SiC）的需求正在快速增长，并且远超预期。这很大一部分原因是由于电动汽车市场爆发式增长所带动的。采用碳化硅（SiC）的电动汽车，可以支持更高电压工作，提高功率密度，提升效率。这些优势，帮助汽车制造商们可以在更低成本的条件下实现更轻量和更宽敞的车型设计，与此同时还为消费者带来更长的续航里程和更快的充电时间。电动汽车只是碳化硅（SiC）的应用之一，但电动汽车的全球年度销售总量预计将会很快达到 1,000 万辆。这是一个巨大的市场，并且是碳化硅（SiC）器件需求的风向标。

从硅（Si）向碳化硅（SiC）的转型速度很大一部分是依靠产能的提升。随着我们莫霍克谷工厂的运营，Wolfspeed 碳化硅（SiC）器件产能将显著提升。除了增加制造厂房面积以及前沿领先的自动化技术，从 150mm 晶圆向 200mm 晶圆的提升将使得每片晶圆可最终制成的器件数量倍增。当然，假如您没有从事这个产业，您可能觉得这听着也不够那么令人振奋啊。增大的尺寸也意味着每片晶圆可支持的功率数（瓦特）也在增加。换个角度来看，200mm 碳化硅（SiC）晶圆可支持的功率数（瓦特）比 300mm 硅（Si）晶圆可支持的功率数（瓦特）还要高。因此，如果是采用相同数量的晶圆片，碳化硅（SiC）可以赋能更多的系统。反过来讲，如果是赋能相同的系统，碳化硅（SiC）则仅需更少数量的晶圆片。这将有助于减少所需采购的芯片数量，以及缓解供应链的压力。

Wolfspeed 承诺了 10 亿美元用于扩大我们的运营。在纽约州这座晶圆工厂建设的同时，我们在北卡罗来纳州的材料工厂也在推进之中，这将在美国东海岸有效地打造碳化硅（SiC）走廊。我们对于业务的投入，是同行友商们的近四倍，以更好地满足快速提升的客户需求。我们对于碳化硅（SiC）的未来抱有坚定的信仰！

莫霍克谷工厂的开业，将为实现一个更可持续的未来开启更多可能性，同时这也将是从硅（Si）向碳化硅（SiC）转型历程上的重要里程碑！