芯耀
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電力與能源、電機控制和自動化，這三大應用領(lǐng)域被ST定義為工業(yè)核心領(lǐng)域,并針對這三個領(lǐng)域成立了相關(guān)的技術(shù)創(chuàng)新中心。目前,該公司適合各種工業(yè)場景的半導體產(chǎn)品多達5000多款，而其舉辦的年度工業(yè)峰會已經(jīng)成為觀察全球工業(yè)技術(shù)和應用創(chuàng)新趨勢的一個窗口。不久前，ST在其第三屆工業(yè)峰會期間，展示了多項創(chuàng)新產(chǎn)品和應用，這些創(chuàng)新集中在智能農(nóng)業(yè)、智能制造、智能基礎(chǔ)設(shè)施和環(huán)境、智能綠色能源網(wǎng)絡(luò)四個應用領(lǐng)域。
創(chuàng)新應用的長期趨勢
目前的工業(yè)市場正在發(fā)生著很多前所未有的歷史性的變革，圍繞能源管理，能源結(jié)構(gòu)的變化，能源利用的效率，工業(yè)市場的這些變化，蘊育著無數(shù)的來自關(guān)于技術(shù)、產(chǎn)業(yè)和商業(yè)的機會。ST副總裁，中國區(qū)總經(jīng)理曹志平表示，“碳達峰”和“碳中和”的愿景對工業(yè)領(lǐng)域的影響會持續(xù)多年，而ST的電機控制、電源與能源管理和自動化產(chǎn)品技術(shù)，也將在這一過程中發(fā)揮重要作用。
圍繞創(chuàng)新應用，一些長期的趨勢正在影響ST的戰(zhàn)略和投資決策。ST總裁兼CEO Jean-Marc Chery認為，智慧出行、電力和能源、物聯(lián)網(wǎng)和5G，都在促進工業(yè)應用發(fā)展。對于 ST 而言，智慧出行涉及配套基礎(chǔ)設(shè)施，汽車進一步向電動化和智能化推進，未來 3 年 ADAS 功能大規(guī)模應用，平均增長率與 2020 年初相比大幅提高并推動汽車基礎(chǔ)設(shè)施投資，如快速充電站和車輛通信設(shè)備。
在電源和能源管理方面，中國正在加大電網(wǎng)、清潔公共交通和能源轉(zhuǎn)型方面的投資，以實現(xiàn)碳中和的承諾，同時加快提高風力發(fā)電、太陽能發(fā)電和水力發(fā)電、太陽能加熱、生物燃料運輸工具等可再生能源的使用率，這些和ST的可持續(xù)發(fā)展目標有很多交集。
在物聯(lián)網(wǎng)和5G，ST可以提供微控制器、傳感器和獨立連接安全解決方案，以及完整系統(tǒng)所需的模擬和電源管理芯片。Chery表示，自去年以來一些趨勢在加速，如智能家電增長強勁，預計未來幾年將進一步加快發(fā)展。而未來3年主要的云服務(wù)提供商也將加大對基礎(chǔ)設(shè)施的投資。
為了支持這些趨勢的發(fā)展，ST每年投入約15億美元的研發(fā)費用，今年相關(guān)支出達21億美元，這些費用主要用于MCU、模擬和傳感器、以及功率器件的研發(fā)上。該公司承諾到2027年實現(xiàn)碳中和，是半導體行業(yè)中最早承諾實現(xiàn)碳中和的公司。
兩個核心驅(qū)動力
在ST所關(guān)注的關(guān)鍵領(lǐng)域中，汽車和工業(yè)尤為重要，除了這兩個領(lǐng)域可以采用大量的ST的產(chǎn)品外，環(huán)保和可持續(xù)發(fā)展是一個重要的原因。ST亞太區(qū)功率分立和模擬產(chǎn)品器件部區(qū)域市場和應用副總裁Francesco Muggeri表示，環(huán)保和可持續(xù)發(fā)展是工業(yè)領(lǐng)域的市場驅(qū)動因素，預計到2030年，全球能源需求將增長30%以上，這使得碳排放成為緊迫的議題，促進了可再生能源的使用。預計全球可再生能源發(fā)電的比例將從2020年的10%上升到2030年的20%，而中國已確定計劃于2060年實現(xiàn)碳中和的目標。
應映這一趨勢，ST也正在致力于碳中和計劃，承諾到2027年達到碳中和，并符合聯(lián)合國在巴黎會議上部署的1.5攝氏度控溫目標，同時，該公司計劃到2027年為所有工廠提供可再生能源。這涉及到電能供應鏈中的多項關(guān)鍵技術(shù)，ST則可以提供太陽能和風能相關(guān)半導體技術(shù)、電力傳輸和儲能、電動汽車、充電站、數(shù)據(jù)中心、智能家居/樓宇、智慧城市等基礎(chǔ)設(shè)施應用的創(chuàng)新IC。
Muggeri強調(diào)，在用可再生能源來減少對化石能源的依賴的同時，需要更巧妙地使用電能，最大限度地降低能源浪費。這里主要有兩個路徑：一是提高效率，包括更好的功率轉(zhuǎn)換，和智能管理用電；另一個是利用可再生能源并采用更先進的技術(shù)來智能地提高能源利用效率。
為了支持這一點，ST建立了三個技術(shù)創(chuàng)新中心：電源和能源技術(shù)創(chuàng)新中心，專注于能源產(chǎn)生和分配、計量、無線充電、電力系統(tǒng)、消費類電子產(chǎn)品電源、照明等；電機控制技術(shù)創(chuàng)新中心，專注于專業(yè)電器、工業(yè)電機控制器、工業(yè)運輸和其他消費品，以優(yōu)化從電能到動能的轉(zhuǎn)換效率；自動化技術(shù)創(chuàng)新中心，重點關(guān)注智慧城市、智能樓宇、智能家居、智能農(nóng)業(yè)、工業(yè)機器人、自動化。這些創(chuàng)新中心涉及的產(chǎn)品技術(shù)包括SiC、GaN、模擬IC、MCU、傳感器和通信器件。
其中，SiC和GaN半導體將在碳中和的進程中迎來歷史機遇。據(jù)Muggeri介紹，針對SiC，ST做了大量投資，已經(jīng)收購了Norstel，目標是垂直整合供應鏈。目前ST的晶圓供應來自兩大公司：Wolfspeed Cree和SiCrystal。ST計劃到2024年，實現(xiàn)40%的自主晶圓產(chǎn)能。為此，除了瑞典北雪平市的晶圓廠之外， ST還在意大利卡塔尼亞建了一座晶圓廠。目前該廠正在建設(shè)中，預計明年年中投產(chǎn)。不久前ST已經(jīng)生產(chǎn)出8英寸SiC晶圓樣品。
在GaN領(lǐng)域，ST已經(jīng)在法國圖爾市投入了生產(chǎn)，很快將擁有自己的技術(shù)。ST收購了EXAGAN公司的大部分股份，該公司的專利技術(shù)包括常開的G-FET™在這種情況下需要在器件內(nèi)部進行級聯(lián)配置的GaN驅(qū)動器；常閉型e-mode GHEMT™技術(shù)，以及帶有嵌入式硅數(shù)字門的超快速GaN驅(qū)動器G-DRIVE™。這三個PowerGaN系列將以STPower GaN和STI2GaN商標相繼面市。其中STI2GaN主要面向汽車領(lǐng)域，STPower GaN主要面向SMPS領(lǐng)域。
此外，ST正在與一些公司合作推進射頻方面GaN技術(shù)的研發(fā)，而已經(jīng)進入市場的MasterGaN則打充電器市場。
亞太區(qū)技術(shù)支持網(wǎng)絡(luò)
自2020年初疫情爆發(fā)以來，全球半導體產(chǎn)業(yè)正在經(jīng)歷著供應鏈的挑戰(zhàn)。ST亞太區(qū)市場營銷執(zhí)行副總裁Jerome Roux感概眼下面臨的情況是他從業(yè)33年來前所未有的。整個半導體供應鏈都處于產(chǎn)能嚴重擁堵狀態(tài)，所有終端市場的需求都很高。Roux認為這是由于以汽車為首的主流行業(yè)的需求突然爆發(fā)，同時，家庭成為通信和連接中心這兩個因素疊加所導致。
全球主要制造商云集在亞太地區(qū)，使之成為世界公認的創(chuàng)新中心。Roux強調(diào)，ST亞太區(qū)不斷擴建技術(shù)支持網(wǎng)絡(luò)，設(shè)立7個技術(shù)創(chuàng)新中心（智能手機、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、電機控制、自動化、電力與能源、新能源汽車）。這些中心的選址都貼近客戶，提供參考解決方案、技術(shù)支持和聯(lián)合開發(fā)資源，覆蓋各種應用。
四個代表性應用場景的展示
如前文所述，在電力與能源、電機控制和自動化這三個領(lǐng)域中，ST的關(guān)鍵技術(shù)包括SiC、GaN、模擬IC、MCU、傳感器和通信器件等。這些技術(shù)被廣泛應用于ST關(guān)注的領(lǐng)域中，例如數(shù)字電源、模擬和SiC技術(shù)被用于太陽能生產(chǎn)、分配和充電站等新能源和能源效率領(lǐng)域；自動化技術(shù)被用于工廠、智能建筑和智能家居通信、安全和智能農(nóng)業(yè)；而機器人的AI電機控制技術(shù)則被應用于智能工廠。
在大會現(xiàn)場，ST設(shè)置了四個精選方案展區(qū)，以展示該公司二十項可持續(xù)技術(shù)的亮點。
圖：這個智能農(nóng)業(yè)應用場景中，包括智能照明、土壤濕度和溫度檢測、水質(zhì)監(jiān)測、風速和風向監(jiān)測。
該智慧農(nóng)業(yè)系統(tǒng)展示了ST的STM32WL系列LoRa無線MC、傳感器、致動器和電源管理產(chǎn)品，這些方案可以幫助農(nóng)場管理企業(yè)采集農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)，分析農(nóng)作物生長環(huán)境，預測農(nóng)作物病害和牲畜疾病，并制定科學準確的生產(chǎn)策略。
雖然，目前智慧農(nóng)業(yè)的市場規(guī)模還不大，但Muggeri認為其前景非常廣闊。例如通過監(jiān)控來滿足更大規(guī)模的養(yǎng)殖，避免疾病傳播，以及對農(nóng)場進行基于數(shù)據(jù)的自動化管理等。
圖：這個展品是內(nèi)置ST PowerStep01全集成電機驅(qū)動器的自動割膠機。
受更多電動汽車輪胎需求所推動，中國橡膠行業(yè)的規(guī)模在全球居于前列。ST亞太區(qū)功率分立及模擬器件產(chǎn)品部，工業(yè)產(chǎn)品應用及市場總監(jiān), 自動化技術(shù)創(chuàng)新中心負責人Allan Lagasva表示，中國有1億多棵橡膠樹。自動化和電子設(shè)備可以幫助產(chǎn)業(yè)以最有效的方式收割橡膠樹汁，收集樹液，在減少浪費，提高割膠效率的同時，提供更好的工作環(huán)境。例如在自動割膠過程中，可以通過ST的LoRaWAN和STM32WLMCU，連接并監(jiān)測橡膠樹汁收集桶是否已經(jīng)裝滿，以便及時通知工人來取，避免了浪費。
“除了自動化，我們還在每棵樹上安裝了STM32WLMCU，收集設(shè)備周圍整片區(qū)域的大量數(shù)據(jù)。有了積累的數(shù)據(jù)，農(nóng)民就能優(yōu)化并更好地生產(chǎn)橡膠。”ST亞太區(qū)MCU和數(shù)字IC產(chǎn)品部、IoT/AI技術(shù)創(chuàng)新中心及數(shù)字營銷副總裁 Arnaud Julienne補充道，“這項技術(shù)還可以擴展到家畜。通過我們支持的兩種協(xié)議LoRa或Sigfox，加強對這些家畜的管理。”
圖：在智能制造業(yè)廣泛使用的AGV小車模型
采用導航算法配合ST的ToF 傳感器，該AGV小車可以自由移動而不會引起碰撞。同時，在人工智能和機器視覺的加持下，小車可以識別特定顏色的物體，并通過FOC(矢量控制)機械臂將其拾放到相應的物料收集筐內(nèi)。Julienne表示，ST已在人工智能領(lǐng)域投資多年，包括開發(fā)在現(xiàn)有的MCU STM32上運行的算法，以及可以在未來幾年部署在產(chǎn)品上的AI硬件引擎。不久前，ST收購了Cartesiam，該公司專注于幫助任何公司在應用中實施AI，而不需要太多的AI技術(shù)，借助這家公司的軟件，ST可以幫助客戶以更加無縫的方式在STM32上部署AI。未來幾個月，ST將以ST的品牌在中國和全球部署Cartesiam的這種解決方案。
圖：智能家居和智能建筑設(shè)備的重要模組
這些模組可以滿足基礎(chǔ)設(shè)施和環(huán)境項目的開發(fā)需求，其中包括多款新型STM32 MCU/MPU、STSPIN電機控制器和電源管理芯片，ToF傳感器、TMOS和執(zhí)行器技術(shù)，以及包括ST的BlueNRG系列在內(nèi)的各種有線連接和無線連接技術(shù)。
圖：相關(guān)技術(shù)在智慧停車和智能燈桿模型的應用
所有這些技術(shù)都能促進智能家居、智能建筑和智慧城市應用的開發(fā)，展示中還包括按照KNX標準采用STKNX和STM32產(chǎn)品設(shè)計的行業(yè)標準的智能家居和智能建筑設(shè)備的重要模組。
圖：通過智能綠色能源網(wǎng)展示具有改造和優(yōu)化能源系統(tǒng)能力的解決方案。該網(wǎng)絡(luò)由太陽能板、電池管理系統(tǒng)、電表、有快速安全關(guān)閉功能的光伏系統(tǒng)、電動汽車充電樁等組成。
ST的綠色能源技術(shù)針對家電和工業(yè)市場客戶提高各類設(shè)備的能效和系統(tǒng)可靠性。其重要技術(shù)包括各種MCU、SiC功率晶體管、電流隔離柵極驅(qū)動器、電表和電力線通信 (PLC) 控制器。
就綠色能源而言，有一些可見的熱點應用將在未來占據(jù)主導。Muggeri表示，ST正在與電動汽車領(lǐng)域一些頭部的公司進行密切合作，如深圳的比亞迪。該領(lǐng)域最主要的需求將會是充電站。每一個充電站都有幾種充電方式，包括家庭充電、樓內(nèi)充電和停車場充電。以DC/DC解決方案為例（類似于目前加油站環(huán)境的充電站），要能夠滿足在半小時、甚至更少的時間內(nèi)為120kW電池充電的350kW充電站的需求。每座充電站內(nèi)的半導體的價值超過300美元。其中帶有高級MCU、具有強大計算能力以及SiC MOSFET的數(shù)字化解決方案將占據(jù)主導地位，ST正在這方面進行投資。
另外一個熱點是與計算有關(guān)的服務(wù)器電源站和電信電站的裝配。每個充電站都需要特定的SMPS。要做到這一點，需要達到3kW的SMPS。Muggeri強調(diào)，數(shù)字處理和MCU，以及SiC技術(shù)已經(jīng)進入這個市場。從技術(shù)的角度來看，ST對SiC的投資是為了支持數(shù)據(jù)處理和基礎(chǔ)設(shè)施。這是其中兩個最大規(guī)模的應用領(lǐng)域，另外還有太陽能，ST也提供SiC，目前則主要是IGBT。ST針對IGBT投入了大量資金。
MCU的底層技術(shù)也能夠支持這些熱點應用，Julienne解釋，這些技術(shù)主要會用于預測性的維護、用于數(shù)據(jù)收集和診斷的連通功能、以及安全性的人工智能。ST正在這幾個領(lǐng)域進行投資，將繼續(xù)開發(fā)MCU系列產(chǎn)品，以支持這些重要的應用。
