“雙碳”大考下的半導(dǎo)體企業(yè),，如何用“芯”交卷,？

　　集微網(wǎng)消息,，“做好碳達(dá)峰,、碳中和工作”已成為我國“十四五”重點(diǎn)任務(wù)之一：力爭2030年前達(dá)到峰值,，2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和的目標(biāo)被再次強(qiáng)調(diào),。隨著歐盟,、美國,、日本等地區(qū)和國家政策的陸續(xù)出臺,，屆時(shí)占全球經(jīng)濟(jì)總量70%,、全球碳排放量65%以上的國家都提出了碳中和目標(biāo)。

　　一時(shí)間,，“碳達(dá)峰”“碳中和”成為社會(huì)熱詞,，不少媒體將2021年稱為“碳中和元年”。這一任務(wù)如何實(shí)現(xiàn),？節(jié)能減排是核心工作之一,。在“全球缺芯”的背景下，半導(dǎo)體企業(yè)除了問革新技術(shù),、擴(kuò)充產(chǎn)能外,，如何在“雙碳”大考中交出一份“芯答卷”備受外界關(guān)注。

　　“碳中和”與半導(dǎo)體企業(yè)的遭遇戰(zhàn)

　　身處低碳經(jīng)濟(jì)時(shí)代,，綠色,、可持續(xù)發(fā)展已不再是企業(yè)的“加分項(xiàng)”,，而轉(zhuǎn)變?yōu)槠渖婧桶l(fā)展的“及格線。半導(dǎo)體工業(yè)是一個(gè)高能耗產(chǎn)業(yè),，具有設(shè)備的昂貴性,、敏感性和制造過程的復(fù)雜性。當(dāng)半導(dǎo)體企業(yè)與碳中和”狹路相逢“,，如何邊發(fā)展,、邊降碳，已成為必須要回答的問題,。

　　據(jù)了解,，一顆芯片的面世，要經(jīng)歷近3000多道工序,，在幾十個(gè)足球場大小的工廠里維持超凈,、恒溫、高溫高壓,、真空,、強(qiáng)電磁場的復(fù)雜環(huán)境；同時(shí),，為防止溫度過高,，還需設(shè)置龐大的水冷系統(tǒng)。工廠全年365天,、全天24小時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn),，無疑將帶來驚人的能耗。

　　臺灣民意代表高金素梅也指出,，臺積電是最大工業(yè)用電戶,，自2010年到2019年，用電增加223.8％,；2020年臺積電5nm廠投產(chǎn),，一年用電量是63億度,，超過臺灣地區(qū)東部56萬人口的用電量,；2022年臺積電3nm廠投產(chǎn)，每年用電量將達(dá)77億度,，超過臺南市一年的民生及商業(yè)用電,。一個(gè)3nm廠，將吃掉整個(gè)臺灣地區(qū)用電量的3％,。

　　同時(shí),，根據(jù)2019年《臺積電企業(yè)社會(huì)責(zé)任報(bào)告書》顯示，包括中國臺灣廠區(qū),、WaferTech,、臺積電（中國）,、臺積電（南京）、采鈺公司,，當(dāng)年臺積電全球電能消耗量為135.8億度,，而臺灣地區(qū)2019年綠色能源發(fā)電量為140億度。

　　”雙碳“大考來臨,，不少半導(dǎo)體企業(yè)采取積極應(yīng)對措施：2020年,，英飛凌率先承諾實(shí)現(xiàn)碳中和，并制定”有約束力的減排目標(biāo)“：到2025年將二氧化碳排放量較2019年降低70%,，到2030年實(shí)現(xiàn)碳中和,；臺積電承諾，2050年將100%使用可再生能源,，并與風(fēng)電公司沃旭達(dá)成合作,，每年34.5億度電將用綠色電力代替；而臺積電在芯片制造領(lǐng)域強(qiáng)勁競爭對手之一的三星也宣布,，其在美國,、歐洲和中國的生產(chǎn)均使用100%的可再生能源；英特爾則宣稱,，自愿減少碳排放已超過20年……

　　不同于早期較高的利潤,，在能源成本日益高漲的當(dāng)下和碳中和政策持續(xù)加碼的未來，半導(dǎo)體企業(yè)無法忽視因能源成本增加而帶來的高額支出,，在節(jié)約成本,、綠色環(huán)保、可持續(xù)發(fā)展等方面,，向制造環(huán)節(jié)提出了更為嚴(yán)格的要求,。

　　逢山開路，遇水架橋,。當(dāng)前全球半導(dǎo)體制造企業(yè)主要應(yīng)對措施體現(xiàn)為：一,、提高能源效率，在制造領(lǐng)域采用現(xiàn)代化工藝技術(shù),；二,、化學(xué)品替代，如使用CVD清潔氣體為NF3替代高GWP的PFC氣體,，消除60-70%的排放,；三、使用具有來源保證的100%綠色電力,；四,、對于無法完全避免的排放，以高質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)購買碳排放證書，支持具有生態(tài)和社會(huì)效益的項(xiàng)目,。

　　由全球領(lǐng)先的半導(dǎo)體廠商AMD,、英飛凌、IBM,、英特爾,、臺積電、飛利浦等組成的業(yè)界聯(lián)盟International Sematech Manufacturing Initiative（ISMI）指出,，如果整個(gè)芯片產(chǎn)業(yè)都采取節(jié)能降耗的最佳生產(chǎn)方式,，全行業(yè)每年有望節(jié)電48億千瓦時(shí)，約合4.8億美元,，足夠17.7萬個(gè)家庭使用,。

　　進(jìn)擊的第三代半導(dǎo)體，節(jié)能減排從”芯“開始

　　半導(dǎo)體企業(yè)低碳之路如同硬幣的正反面,，既要直面其生產(chǎn)制造過程中帶來的”高能耗“,，也要關(guān)注到和利用好”高能耗“的另一面，即對各行業(yè)實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排目標(biāo)的助推作用,。

　　有別于第一,、二代半導(dǎo)體材料，以碳化硅（SiC）與氮化鎵（GaN）為材料的第三代半導(dǎo)體具有效率高,、能耗小的特點(diǎn),，對社會(huì)節(jié)能減排，實(shí)現(xiàn)碳中和發(fā)展目標(biāo)有著積極作用,，被廣泛應(yīng)用于衛(wèi)星通訊,、智能電網(wǎng)、軌道交通,、航天航空,、新能源汽車等熱門新興產(chǎn)業(yè)。

　　當(dāng)前,，電力行業(yè)作為碳排放主戰(zhàn)場,，亟需構(gòu)建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)，加強(qiáng)電網(wǎng)的柔性互聯(lián)互通,，當(dāng)中需要大量的半導(dǎo)體器件,。未來在智能電網(wǎng)建設(shè)或能源互聯(lián)網(wǎng)建設(shè)中，碳化硅器件將會(huì)有非常好的應(yīng)用前景,。

　　近年來,，國家和地方政府先后出臺政策促進(jìn)第三代半導(dǎo)體材料產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展，我國第三代半導(dǎo)體企業(yè)從小批量研發(fā)”快步“邁向規(guī)?；虡I(yè)化生產(chǎn)：2021年5月，山東天岳遞交了科創(chuàng)板上市招股書，有望成為第一個(gè)科創(chuàng)板上市的碳化硅襯底材料企業(yè),；同年6月,，湖南三安半導(dǎo)體基地一期項(xiàng)目正式投產(chǎn)，有望形成月產(chǎn)3萬片6英寸碳化硅晶圓的生產(chǎn)能力,。

　　除了第三代半導(dǎo)體,，功率半導(dǎo)體器件和模擬芯片在碳達(dá)峰、碳中和中發(fā)揮的作用也不容忽視,。有電力電子的”CPU“之稱的前者,，可在電子設(shè)備中起到對電能（功率） 的傳輸、處理,、存儲和控制,；后者則在電子設(shè)備系統(tǒng)中擔(dān)負(fù)著對電能變換、分配,、檢測及其他電能管理的職責(zé),。

　　由此可見，半導(dǎo)體技術(shù)的進(jìn)步對于節(jié)能減排的重要意義至少體現(xiàn)在以下兩個(gè)方面：通過產(chǎn)品設(shè)計(jì)和生產(chǎn)工藝的改進(jìn),，有效降低半導(dǎo)體器件自身的功耗,；同時(shí)，直接或間接地提高系統(tǒng)其他部件的能效,，在能量的傳遞和使用的全過程中,，起到監(jiān)測、調(diào)節(jié),、優(yōu)化和控制的作用,。

　　當(dāng)前，有利于能源轉(zhuǎn)型的半導(dǎo)體新技術(shù),、新創(chuàng)造已成為邁向碳達(dá)峰,、碳中和的有力抓手和破題關(guān)鍵。

　　身處碳交易市場,，特斯拉的另類啟示

　　每噸52.78元,，成交16萬噸，交易額790萬元——這是全國碳交易市場開市2分鐘后的第一筆交易,。7月16日,，全國碳交易市場在北京、上海,、武漢三地鳴鑼開市,，國家節(jié)能減排戰(zhàn)略部署拉開帷幕。

　　當(dāng)前,，建立全國碳排放權(quán)交易市場,，已然成為中國利用市場機(jī)制推動(dòng)綠色低碳發(fā)展,，減少和控制溫室氣體排放的重要制度創(chuàng)新，也是實(shí)現(xiàn)”雙碳目標(biāo)“的重要政策措施,，對碳市場格局具有積極促進(jìn)作用,，且有跡可循。

　　2021年6月10日,，搭載了由碳化硅（SiC）為主要器件的逆變器的特斯拉 Model S Plaid 發(fā)布（迄今為止,，已有3款車型采用 SiC 技術(shù)）。除此之外,，比亞迪,、蔚來搭載SiC 技術(shù)的車型也已推出或即將發(fā)布；仍然是特斯拉,，近3年來通過銷售碳排放積分（該政策與我國碳交易有所不同,，但本質(zhì)不變），分別獲利4.19億美元,、5.93億美元和15.8億美元,，而其2020年全年凈利潤僅為7.21億美元。這意味著,，如果剔除出售碳排放積分的收益,，則2020年特斯拉虧損8.59億美元。

　　依靠半導(dǎo)體技術(shù)對新能源車排放的有效管理,，特斯拉彌補(bǔ)了因高額研發(fā)支出帶來的”失血“,，這種模式在傳統(tǒng)碳稅政策下不可想象。先進(jìn)的半導(dǎo)體技術(shù)可幫助各行業(yè)減少碳排放獲得收益,，而半導(dǎo)體企業(yè)同樣大有可為,。

　　例如，半導(dǎo)體企業(yè)可通過技術(shù)升級改造出售排放權(quán)獲益,，具體措施上可通過在腐蝕和CVD室清潔過程中減少氟化物的排放而獲得排放權(quán),；同時(shí)，由于參加排放交易,，半導(dǎo)體企業(yè)可進(jìn)一步證實(shí)其在節(jié)能減排方面所作的積極承諾,，提升其對社會(huì)負(fù)責(zé)的行業(yè)形象。

　　機(jī)遇與挑戰(zhàn)總是結(jié)伴而行,。怎樣如期實(shí)現(xiàn)企業(yè)各自承諾的目標(biāo)與計(jì)劃,？如何利用先進(jìn)技術(shù)反哺產(chǎn)業(yè)？”碳中和“視角下,，各行各業(yè)的低碳之路正在不斷延伸和迭代,。