ST“在中國，為中國”戰(zhàn)略！以SiC/電機(jī)控制/智能電源等，助力中國設(shè)計(jì)創(chuàng)新

工業(yè)峰會是ST意法半導(dǎo)體充分展示工業(yè)產(chǎn)品技術(shù)和解決方案廣度和深度的頂級盛會。今年是第六屆工業(yè)峰會，延續(xù)了“激發(fā)智能，持續(xù)創(chuàng)新”這一主題，聚焦智能電源和智能工業(yè)，構(gòu)筑可持續(xù)未來。2023年ST是工業(yè)領(lǐng)域增長最快的半導(dǎo)體公司，在市場整體下降 6.5%時，ST增長15.1%。其市場份額從2022年的5.6%增長到2023年的6.9%。



根據(jù)最近的市場預(yù)測，未來幾年工業(yè)市場年增長率約為6%，其中，中國及亞洲其他地區(qū)將是這一增長的動力源。本屆峰會通過28場技術(shù)演講和150多個解決方案演示，全面展示了意法半導(dǎo)體在智能電源、智能工業(yè)、自動化、電源與能源、電機(jī)控制等領(lǐng)域的最新技術(shù)和解決方案。意法半導(dǎo)體中國區(qū)總裁曹志平、意法半導(dǎo)體銷售與市場總裁Jerome Roux、意法半導(dǎo)體中國區(qū)功率分立和模擬產(chǎn)品器件部市場及應(yīng)用副總裁Francesco MUGGERI等高管紛紛向與會者以及媒體們傳遞了ST的最新動態(tài)和發(fā)展戰(zhàn)略等。

碳化硅是ST的重頭戲

碳化硅是此次工業(yè)峰會的重頭戲，在峰會最醒目的地方ST展現(xiàn)了其碳化硅全產(chǎn)業(yè)鏈的實(shí)力。的確，意法半導(dǎo)體憑借對完整碳化硅 (SiC) 價值鏈的全盤掌控，從研發(fā)、襯底、外延、晶圓制造到功率分立器件和模塊的組裝和封裝，致力于為客戶創(chuàng)造卓越價值。



ST高管表示，ST是SiC 領(lǐng)域的翹楚，為加強(qiáng)其龍頭地位，ST正實(shí)施供應(yīng)鏈垂直整合戰(zhàn)略，這完全符合我們的 IDM 模式。今年早些時候，ST剛宣布了在意大利卡塔尼亞建立 ST 碳化硅園區(qū)，打造世界上第一個全鏈整合的一站式碳化硅量產(chǎn)工廠。

在本屆峰會，ST展出應(yīng)用在關(guān)鍵工業(yè)和汽車領(lǐng)域的各種 STPOWER MOSFET 和二極管產(chǎn)品。意法半導(dǎo)體先進(jìn)的SiC MOSFET和二極管產(chǎn)品系列，輔以電隔離柵極驅(qū)動器STGAP，在不同封裝中提供更高的效率、可靠性和性能。這些產(chǎn)品集成在儲能系統(tǒng)、AI服務(wù)器電源以及其他高功率應(yīng)用的各種參考設(shè)計(jì)中。

如碳化硅（SiC）和氮化鎵（GaN）等新一代半導(dǎo)體材料，輔以 ST的電隔離柵極驅(qū)動器STGAP，將有助于進(jìn)一步減緩數(shù)據(jù)中心的電能需求增長。通過使用SiC實(shí)現(xiàn)更高的效率和更好功率密度，該方案可為AI數(shù)據(jù)中心提供5.5千瓦的電源。同時，ST性能出眾、簡單易用的 STPOWER MDmesh M9/DM9系列MOSFET晶體管，為650 V/600 V超結(jié)技術(shù)樹立了標(biāo)桿。MDmesh M9/DM9系列專為硬開關(guān)和軟開關(guān)拓?fù)涠O(shè)計(jì)，是人工智能服務(wù)器數(shù)據(jù)中心的理想選擇。此外，STM32G4 微控制器為ST的電源解決方案帶來了智能和先進(jìn)的控制功能，可以更好地管理配電，并實(shí)時適應(yīng)負(fù)載的波動變化。

另外，基礎(chǔ)設(shè)施轉(zhuǎn)型到高壓直流電（HVDC）可以減少輸電損耗和能耗，進(jìn)一步提高數(shù)據(jù)中心的能效。意法半導(dǎo)體的 SiC 技術(shù)結(jié)合先進(jìn)的封裝，使高壓直流電的電源系統(tǒng)能夠在高溫環(huán)境中表現(xiàn)出色。

對于客戶的業(yè)務(wù)發(fā)展和全球可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)，智能能源管理是一個關(guān)鍵領(lǐng)域。在智能能源管理方面，碳化硅是一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。人工智能和數(shù)據(jù)通信領(lǐng)域目前占全球碳排放量的4%，預(yù)計(jì)到 2040年將達(dá)到 14%。采用熱回收、液體冷卻、高壓直流電（HVDC）、高效電源（PSU）和新型功率半導(dǎo)體技術(shù)可以進(jìn)一步降低能耗。

電機(jī)控制

在商用空調(diào)、熱泵、能源存儲和人工智能數(shù)據(jù)中心冷卻系統(tǒng)中，有三種電機(jī)：壓縮機(jī)、風(fēng)扇和水泵。這些電機(jī)需要全天運(yùn)行，并消耗大量的電能，因此能效至關(guān)重要。

同時，可靠性是必須的。保證熱控制的可靠性，以避免災(zāi)難性故障或因維護(hù)而停機(jī)。我們需要應(yīng)對快速變化的負(fù)載，同時保持溫濕度穩(wěn)定。

再者，集成度高有助于提高可靠性，因?yàn)榧傻墓δ茉蕉啵M件數(shù)量就越少，制造偏差和設(shè)計(jì)復(fù)雜性就會降低。此外，熱管理所占用的空間通常盡可能小。

以 AI 服務(wù)器來看， 電機(jī)控制如何幫助實(shí)現(xiàn)降低能耗提升能效呢。首先，可采用變頻電機(jī)，以適應(yīng)白天計(jì)算負(fù)載的波動變化；其次，采用分布式 數(shù)字PFC，在每個電機(jī)中集成電源轉(zhuǎn)換和逆變器，以減少無功功率和電流諧波。還有電能轉(zhuǎn)換效率，采用碳化硅、超結(jié)溫 MOS 和氮化鎵提高能效。預(yù)估計(jì)，對于一個5MW 的數(shù)據(jù)中心，使用寬禁帶器件每年可以節(jié)省高達(dá) 10 萬美元。

在數(shù)據(jù)中心的可靠性方面，目標(biāo)是“零故障”，盡可能降低故障率。ST的方案集合電源電子器件的穩(wěn)健性、傳感器、電機(jī)控制和 AI 算法。

例如，變頻電機(jī)將減少管道壓力和水泄漏；分布式 數(shù)字PFC 將改善電磁兼容性；智能傳感器和邊緣 AI 將實(shí)現(xiàn)狀態(tài)監(jiān)測和預(yù)測性維護(hù)，預(yù)見偏離標(biāo)準(zhǔn)壽命的情況。

在熱管理系統(tǒng)中的10kW 壓縮機(jī)開發(fā)的解決方案中，ST提供多合一解決方案將轉(zhuǎn)換器和逆變器集成在同一塊板上，由一個 STM32G4 微控制器驅(qū)動，實(shí)現(xiàn)分布式數(shù)字 PFC，以實(shí)現(xiàn)高品質(zhì)電源和成本優(yōu)化。

采用 ST 高能效的 1200V IGBT 和二極管提高功率密度和可靠性，如果改用 1200V 碳化硅
和電隔離 STGAP 柵極驅(qū)動器，可以進(jìn)一步提高功率密度和可靠性。

運(yùn)行結(jié)果顯示，在電機(jī)功率最大時，電流總諧波失真（THD）低于 2%，CPU 負(fù)載約為 65%，
為 Nano Edge AI 運(yùn)行預(yù)測性維護(hù)算法留出了空間。

人形機(jī)器人

從今年開始AI驅(qū)動機(jī)器人的趨勢備受關(guān)注。人形機(jī)器人相比傳統(tǒng)機(jī)械臂更復(fù)雜，現(xiàn)在人形機(jī)器人陸續(xù)在工廠落地和執(zhí)行任務(wù)。

對于人形機(jī)器人的發(fā)展，ST高管表示，傳統(tǒng)的機(jī)械臂主要做一些單調(diào)的重復(fù)工作，而現(xiàn)在人形機(jī)器人比較受歡迎，更重要的一點(diǎn)是它可以參與到工廠的決策過程中，并實(shí)現(xiàn)和設(shè)備端的實(shí)時互聯(lián)，是真正為智能工廠打造的應(yīng)用。人形機(jī)器人身上不僅有傳統(tǒng)的電機(jī)控制、傳感器和其他一些連接器件，還有和人工智能相關(guān)的功能模塊。意法半導(dǎo)體對人工智能也在積極投入，并相信ST的MCU在這方面會扮演著更加重要的角色，進(jìn)一步推動人形機(jī)器人進(jìn)入到智能工廠。

進(jìn)一步來說，當(dāng)我們提到MCU時，傳統(tǒng)的人形機(jī)器人可以分成兩種，一種是較為先進(jìn)的人形機(jī)器人，需要強(qiáng)大的處理器，而且必須擁用非常廣泛的人工智能資源。這類人形機(jī)器人的大腦算法部分并不是ST擅長的業(yè)務(wù)領(lǐng)域，而是更加關(guān)注第二種——傳統(tǒng)的、簡單的人形機(jī)器人，可以用一顆嵌入式MPU來做系統(tǒng)管理，再用不同的MCU來做大系統(tǒng)下子系統(tǒng)的管理，包括對電機(jī)等執(zhí)行器的管理。

在這種人形機(jī)器人身上，邊緣人工智能在預(yù)測性維護(hù)方面已經(jīng)發(fā)揮了非常大的作用，可以使用它來進(jìn)行后期設(shè)備跟蹤以及自主性的故障預(yù)警。我們還可以通過聯(lián)網(wǎng)的方式對這些軟件進(jìn)行訓(xùn)練，推理則可以在偏遠(yuǎn)的節(jié)點(diǎn)完成，不需要實(shí)現(xiàn)任何的連接操作。

與此同時，ST的產(chǎn)品每隔幾個月就可以在同一平臺上運(yùn)行更加復(fù)雜的算法，這是因?yàn)镾T的MPU處理性能一直在不斷提升，算法也在不斷提升?，F(xiàn)在甚至在STM32的MCU上都可以運(yùn)行大型的大語言模型，而這在幾年前是很難想象的。隨著設(shè)備處理能力的提升，算法的優(yōu)化，ST在邊緣的相關(guān)應(yīng)用和作用將會比以前更加優(yōu)秀。

低空經(jīng)濟(jì)

當(dāng)前中國在低空經(jīng)濟(jì)方面走在前列，而ST也非常關(guān)注低空經(jīng)濟(jì)市場的發(fā)展。

ST高管表示，峰會上給大家展示無線供電等新技術(shù)，其實(shí)也可用于應(yīng)對未來低空經(jīng)濟(jì)市場發(fā)展的需求。另一個方面，低空經(jīng)濟(jì)飛行器在使用電機(jī)來進(jìn)行驅(qū)動和控制時，對能源的使用效率要求會更高，因?yàn)樗请姵毓╇姟?br />


針對eVTOL市場，特別是大功率電機(jī)控制領(lǐng)域，ST已經(jīng)推出了一系列適用于高性能電機(jī)控制的解決方案，包括基于SiC和GaN技術(shù)的產(chǎn)品。這些解決方案不僅提高了電機(jī)的效率，還顯著降低了能耗，非常適合eVTOL等高端應(yīng)用。

低空經(jīng)濟(jì)和電動車也有一些相似之處，特別是需要較高的能源效率，飛行器可能不能使用傳統(tǒng)的電機(jī)模式，如果考慮到使用無刷直流電機(jī)，相比傳統(tǒng)電機(jī)更輕兩到三倍，需要更先進(jìn)的定向控制技術(shù)。ST現(xiàn)在已經(jīng)將所有相關(guān)算法有效地嵌入到ST MCU和MPU產(chǎn)品家族當(dāng)中。

另外，對于低空經(jīng)濟(jì)的飛行器來說，可靠性是最重要的，ST做了很多的基礎(chǔ)研究和研發(fā)。比如目前ST提供了一個新的架構(gòu)解決方案，叫做六相電機(jī)，其最主要的優(yōu)勢就是更輕，而且可以減少每一個相上的電流，因?yàn)檫@個相的面數(shù)是雙倍數(shù)，所以能在減少電流的同時，減少使用同等材料。

六相電機(jī)還可以實(shí)現(xiàn)容錯算法，意味著如果電機(jī)當(dāng)中有一相斷開或逆變器中有某一支出現(xiàn)短路，ST的算法仍然可以在STM32平臺上運(yùn)行。同時，ST系統(tǒng)還可以根據(jù)故障檢出的結(jié)果，去改變逆變器或控制算法本身的配置，在現(xiàn)有的解決方案中最多可以解決三種失效，包括一個單相的斷開、逆變器的短路、電器短路。

AI服務(wù)器、數(shù)據(jù)中心

此次峰會展示了AI服務(wù)器電源和數(shù)據(jù)中心應(yīng)用，未來AI服務(wù)器功率不斷提升，WBG器件如何配合這種大功率電源的發(fā)展呢。



ST高管分析，去年電源廠商主要聚焦在3千瓦ORv3的設(shè)計(jì)，而今年的目標(biāo)則提升到了5.5千瓦。還有一個叫M-CRPS服務(wù)器電源，在3千瓦功率水平上下，不同的平臺有不同的側(cè)重點(diǎn)。ORv3主要支持Nvidia的開放機(jī)架平臺，因此他們的重點(diǎn)是如何提升功率輸出，而M-CRPS則專注于提升功率密度。第三代半導(dǎo)體輔以 ST的電隔離柵極驅(qū)動器STGAP在這些領(lǐng)域中的應(yīng)用非常關(guān)鍵，尤其是在高頻應(yīng)用方面，包括碳化硅和氮化鎵。此外, STM32 MCU則通過智能控制，優(yōu)化電力分配，減少損耗并實(shí)時適應(yīng)負(fù)載的波動變化。

第三代半導(dǎo)體的重要優(yōu)勢是能夠在高頻下工作，這對于支持AI服務(wù)器的發(fā)展具有很大潛力。特別是對于ORv3 AI服務(wù)器電源，市場上已經(jīng)有公司在探索8千瓦、8.5千瓦，甚至10千瓦或12千瓦等更高的功率輸出的設(shè)計(jì)。重要的是，這些更高功率的設(shè)計(jì)并沒有增加體積，意味著在相同體積下塞入更高的功率，功率密度也隨之成倍增長。

在功率密度提升的前提下，第二個關(guān)鍵因素是如何在有限的空間內(nèi)進(jìn)行有效的散熱控制，這就再次提到碳化硅和氮化鎵的應(yīng)用。在高功率密度、高溫操作環(huán)境下，碳化硅目前在市場上已經(jīng)被廣泛采用。而未來的一些被動元件的進(jìn)步也將配合電源設(shè)計(jì)的發(fā)展，使電源設(shè)計(jì)從單相擴(kuò)展到多相轉(zhuǎn)換架構(gòu)，這正是氮化鎵的優(yōu)勢所在，能進(jìn)一步縮小尺寸并提高密度。在這種趨勢下，氮化鎵將在提高功率密度的過程中扮演越來越重要的角色。

深耕中國，打造合作供應(yīng)鏈

意法半導(dǎo)體深深植根于中國和亞太地區(qū)。自1984 年，意法半導(dǎo)體首次進(jìn)入中國，成為首批在中國開展業(yè)務(wù)的半導(dǎo)體公司。從那時起，意法半導(dǎo)體全面布局亞洲地區(qū)市場，在亞洲擁有約 19,000 名員工，占意法半導(dǎo)體員工總數(shù)的三分之一。在中國，擁有約 4,500 名兢兢業(yè)業(yè)的員工。亞太地區(qū)是全球半導(dǎo)體和制造業(yè)的重要市場，占意法半導(dǎo)體銷售額的 30% 以上。

ST已經(jīng)官方宣布了“在中國，為中國”的發(fā)展策略，這也是為什么ST需要在中國建立端對端的一個供應(yīng)鏈的主要原因。ST在深圳已經(jīng)有了自己的后工序的生產(chǎn)工廠，同時還打算進(jìn)一步加強(qiáng)在華業(yè)務(wù)。其中一個重要部分是在中國的本地制造計(jì)劃，以更好支持中國客戶和在中國開展業(yè)務(wù)的國際客戶。

中國是全球最大的太陽能電池板和電動汽車生產(chǎn)國，對碳化硅等技術(shù)的需求正迅速增長。因此，ST與三安成立合資企業(yè)，為中國客戶提供完全本地化的碳化硅供應(yīng)鏈。

據(jù)介紹，ST在重慶和三安合資的工廠，大部分的產(chǎn)能會優(yōu)先考慮汽車行業(yè)的應(yīng)用?！叭灿蟹浅ＸS富的項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)，同時他們也一直深耕碳化硅行業(yè)，我們兩者比較契合。同時，我們深耕中國市場，也看到了很多其他競爭對手在中國市場大展拳腳，那么我們就需要提升在中國市場的業(yè)務(wù)，需要有落地的產(chǎn)能。”ST高管說道。

ST本地化策略基于三大版塊：中國設(shè)計(jì)、中國創(chuàng)新和中國制造。這一策略與其“在中國，為中國（China for China）”，以及“在中國，為世界（China for the world）”的理念高度一致。 通過本地化生產(chǎn)和提供高能效的半導(dǎo)體產(chǎn)品，ST正努力減少碳足跡，幫助客戶實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)。