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ST工业市场新目标:紧扣节能提效、技术创新

自几年前意法半导体(ST)提出智能出行、电源&能源、物联网&互联的三大长期赋能趋势以来,该公司后续针对工业市场的业务展开和产品布局也主要围绕这几大领域。经过几年的耕耘之后,ST在工业领域做出了新成绩,在技术方面也有了新尝试,目前ST工业市场的发展状况如何? 

ST 2022年工业峰会的主题是“激发智能 持续创新”,在工业峰会上,ST展示了其通过各种举措赋能“可持续”和“技术创新”。ST的高管们总结了ST工业方的面新成绩,介绍了ST针对工业领域的创新技术和方案,并对未来工业市场的发展做了展望。NU6esmc

ST发布新战略,聚焦四大终端

企业的规划必然建立在其对市场的预判上,特别是在某些领域具有领导地位的企业,它们对市场的预判往往备受行业关注。ST所有的规划均建立在智能出行、电源和能源管理、物联网和互联趋势的基础上,近期ST公布了基于三大长期赋能趋势的全新目标。NU6esmc

意法半导体总裁兼首席执行官Jean-Marc Chery在回顾ST的三大长期赋能趋势时,特别强调了中国市场的重要性。据他的介绍,中国正在引领智能出行,目前中国新上牌的汽车中约四分之一为电动/插电式混动汽车。同时,对汽车配套基础设施的需求,也带动了快充站和车辆通信装置等投资;中国是全球最大可再生能源投资国,也是全球最大的太阳能、风能、生物质能和水力发电国,其拥有全球80%以上的太阳能电池板和70%的电动汽车电池产能;中国物联网和互联相关系统的推出速度正加快,支持智能物联网设备的发展正在普及。NU6esmc

由于这三大趋势在中国市场的表现突出,相信这也是ST如此重视中国市场的原因。2022年,ST公布了全新目标:在2025至2027年间,通过有机增长模式,打造成为市场规模超过200亿美元的企业。实现该目标的方法是——服务于四个终端市场的客户。其中,汽车和工业市场的增长势头最强劲。NU6esmc

Chery介绍说,全球工业市场正在经历一场转型,三大长期赋能趋势涉及到的基础设施建设,是全球工业市场转型的基础。据介绍,工业应用转型有两大趋势:第一个趋势是设备及系统数字化,体现为与云的融合,即“云化”,涵盖了制造和物流自动化、机器人和自主系统,以及人工智能和工业物联网的普及;第二个趋势是能源管理和能效改进,包括推动电气化、电机控制智能化和节能化,以及能源基础设施改进。NU6esmc

以上两个工业应用转型趋势,对所有工业细分市场都很关键,具体可从三个主要板块来分析。第一,工厂自动化和工业基础设施,预计到2025年,它占ST工业服务市场的65%,该板块覆盖了自动化、电源和能源系统、交通、照明等领域,其客户需要高功率、高性能、高附加值的定制化解决方案。第二,消费类工业,到2025年约占ST工业服务市场的25%,该板块包括家用电器、智能建筑/智能家居以及电动工具,其客户通常需要大批量的标准化组件,产品生命周期与消费品类似。第三,特定用途工业,到2025年约占ST工业服务市场的10%,包括医疗保健和航空航天等。NU6esmc

ST投资重点:提升产能

2021年,半导体供应链陷入严峻的供货困境,半导体厂商深刻意识到晶圆产能的重要性,许多晶圆制造商加强了产能扩建的力度。为了支持客户在更多领域的发展,ST正扩大投资,提升技术制造优势。NU6esmc

对此,意法半导体亚太区销售及市场执行副总裁Jerome Roux介绍说,ST的应对措施包括扩建意大利Agrate晶圆厂和法国Crolles晶圆厂,目标是到 2025年ST 12寸晶圆的产能比2022年提高一倍,同时ST也在加速提升后工序产能,并加强与外包合作伙伴的合作。目前,ST已经开发出第三代SiC技术,且正投入大量资金发展SiC业务。NU6esmc

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2022年7月11日,ST宣布与格芯(Global Foundries)合作,投资数十亿欧元在ST位于法国Crolles现有的12寸工厂附近创建一个新的联合运营的12寸半导体制造工厂,其中意法半导体持股42%,格芯持有58%股权。该工厂的目标是到2026年满负荷生产,每年可生产高达620,000片12寸晶圆。同时,ST将继续投资改造在意大利米兰附近的Agrate的12寸晶圆新厂,按计划将于明年上半年开始增加产能,预计到2025年底实现满负荷生产。以上投资将助力ST到2025年把12寸产能提高到现在的一倍。NU6esmc

Chery补充说,“ST 2022年的资本支出约为35亿美元,我们正通过执行战略投资计划升级制造能力,加快宽禁带技术的垂直整合能力,扩大12寸晶圆产能以增加模拟器件产能。”针对宽禁带半导体,ST也在加大碳化硅(SiC)和氮化镓(GaN)的产能。比如,ST投资7亿多美元给意大利Catania工厂,以在2025年生产ST自己的SiC裸晶圆,满足其40%的需求。另外,ST也与Cree(Wolfspeed)、SiCrystal签订了裸晶圆的供应合同。NU6esmc

ST通过推进专注汽车和工业相关高增长领域的战略,以实现2025年超过200亿美元营收的目标。Roux预测说,预计在未来几年,ST亚太区的市场规模达到190亿美元,期间的复合年均增长率超过6%,而同期的工业市场的复合增长率则有望达到两位数。NU6esmc

ST将工业市场细分成40 余个更小的市场,并部署了2万多款产品——其中包含标准产品以及高度定制的产品,支持超过10万名不同规格的客户。除了提供元器件产品之外,还为各种工业应用提供完整的系统解决方案,包括电力转换、基于行业前沿的STM32 MCU/MPU、磁隔离栅极驱动器、MOSFET、IGBT、模拟信号处理IC、运动传感器、环境传感器、光学传感器,以及多种多样的连接解决方案。NU6esmc

亚洲市场是ST的高增长市场,ST在亚洲围绕智能手机、物联网、人工智能、电机控制、自动化、电源&能源以及新能源汽车设立了七个技术创新中心,其中电源&能源、电机控制、自动化三个创新中心专注于服务主要的工业细分市场。从项目早期就开始与客户研发团队沟通,提出整套解决方案,从中积累专业技术知识并部署解决方案。NU6esmc

除了增加产能、提升垂直整合能力相关的投资之外,ST还在亚洲的主要城市(深圳、上海、北京、首尔和台北)建立了五个实验室,这些实验室有约50名ST高级专业技术人员(SRA、FAE和Division AE)。为了加速部署技术创新中心开发的可持续性解决方案,ST还与代理商合作伙伴(Arrow、WT、WA、Edom、Avnet)建立了五个联合实验室,与客户(泰科智能、汇川技术、华润创业)建立了三个联合实验室,与印度的REC公司建立了一个联合推广实验室,与中国的几家重点大学建立了联合实验室。NU6esmc

坚持可持续发展

意法半导体亚太区功率分立和模拟产品部市场和应用副总裁Francesco Muggeri则主要围绕节能减排、能源输送方式、节能电机控制等话题做了分析。他透露说,在2021年,ST使用的电力就已经有51%来自可再生能源。公司的目标是:到2027年实现100%可再生能源的使用。此外,ST也将帮助客户使其可再生能源的使用达到与自己同样的水平。NU6esmc

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“无论我们展示何种解决方案,它们的共同点都是‘注重节能提效’。根据IEA 2019年的预估数据,工业市场占据全球总用电量的42%,而工业用电效率每提升1%,就相当于节省了15座核电站的年发电量(总结能为95.6TWh),约等于减少3200万吨二氧化碳排放。” Francesco介绍说,“另外,住宅也存在能源浪费的情况,通过节省设备待机状态的耗电量,最终每年也能节省出10座核电站的发电量。这其实意味着,我们哪怕做出一点点节能提效的努力,累积下来都能够节省大量的能源。”NU6esmc

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ST三大工业技术创新中心聚焦三个不同领域。第一个技术创新中心致力于帮助生产清洁能源,第二个技术创新中心致力于帮助提高解决方案和能源传输的效率,第三个技术创新中心是通过引入自动化技术,帮助实现智能化,从而减少能源消耗。NU6esmc

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ST在工业市场的产品组合包括四大类,分别为:1.分立&功率晶体管;2.模拟器件,工业&电源转换IC;3.通用MCU&MPU、安全MCU、EEPROM;4.MEMS&光学传感解决方案。基于这些产品组合,ST在工业领域的目标是,成为嵌入式处理技术、电源和能源管理、传感器市场的领导者,并能加快在模拟器件市场上的发展。NU6esmc

·效率更高的能源传输模式

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Francesco还分析了能源转换链,他强调通过分析能源转换链,将对能源产生、能源传输和存储,以及能源消耗的重要意义更加透彻。上图显示了如何对这三个环节进行干预,左边是新能源产生环节,中间的是能源传输/储能环节,该环节不仅要考虑电池、元器件以及能源储存问题,还要考虑其他的能源存储方式。NU6esmc

就能源传输而言,目前普遍采用交流电传输,现在直流电传输也成为一个发展趋势。电能在传输过程的能源损耗会达到6%-7%左右,有时甚至达到10%。其实主要有两个原因:使用AC输电,就必须向电网注入大量电能。这个电能分为两类——一类是实际可用的电能,一类是无功电能或视在电能。而无功电能/视在电能无法使用,这意味着,人们注入了大量的电能到电网,但却无法充分利用所有的电能。NU6esmc

直流/直流(DC/DC)传输方案,没有交流电(AC)。目前,全世界已经实施了 350多个直流传输项目,DC/DC方案的传输效率可达98%。AC传输会最大会损失8%-9%的电力,而 DC传输最多只会损失2.5%的电力。但DC传输也有复杂性,首要问题是,目前大家都使用AC传输,改变传输方式需要投入巨大的成本。因此,可以考虑在新的输电线路中使用DC传输。但DC输电的电压很高,达到4 kW以上,需要逐步来提高电压。目前,直流输电解决方案和产品还存在局限性。但ST有解决方案,也有技术实力让其成为现实。另外,直流输电还需要解决用户和电网之间没有隔离的问题,虽然ST已经有相应的解决方案,但是这个方面的价格比较昂贵。NU6esmc

以上列举的是远距离直流传输的案例,在短距直流传输方面也有一些案例。采用太阳能电池板进行本地发电,生产的电能就是直流电。如果将这些电能存储起来,它仍然是直流电。将这个电能传输给照明系统,使用的仍然是直流电。因此,对于短距离传输而言,没有必要将直流电转成交流电,再从交流电转成直流电。也许高压直流传输线路(DC/DC的传输方式)的第一步是在本地微电网中实施。据悉,ST的一些客户已经在销售此类的解决方案,ST正与它们携手合作使其成为现实。在中国华南地区已经5、6条输电线路在采用DC/DC传输。NU6esmc

据介绍,太阳能通常有两种,一种是集中式发电,通常功率在400kW以上,该种方式主要用于电网;第二种是分布式发电,通常是指住宅、楼宇等场景安装太阳能电池板来发电,采用分布式发电可让工厂不依靠电网。因此,将这两者结合起来,可以解决很多种问题。NU6esmc

·更节能的电机控制

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在电机控制方面,Francesco还介绍了Dual Motor Servo Drive解决方案,该方案配备有双电机精确定位控制功能,两个电机分别在左右两边旋转,最后同时合在一起,拼出ST的Logo。其中,大约有52%的总能源是由电机消耗掉的,因此要优化电机就需要减少振动和能耗。这个过程的优化需要固件和硬件的支持。NU6esmc

因此,通过提升电机和及其驱动器的能效,可以实现很好的节能减排效果。该怎么实现节能减排?可以分成两个维度:NU6esmc

首先,通过应用新材料,包括从硅器件到碳化硅器件,再到氮化镓器件,进行材料层面的迭代,来一步步提高能效。从软件技术层面来看,开发更先进的算法来实现节能。以上都是针对设备层面的节能减排,除此之外还有另一个维度,从更宏观的层面做节能减排,比如针对不同的工况来调节能源的使用。NU6esmc

其次,电机控制的智能化。可以从两个维度来看:第一个维度是,电机控制扩展自己的感知范围,比如通过各种传感器、MEMS,让其自主动去做决策,使它变得更加智能。另外一个维度是,通过不断迭代和提升MCU计算能力,电机可以做很多智能化的环境辨识,包括伺服驱动的惯量辨识,或者电机参数的在线辨识,让其工作工况达到非常优化的程度。NU6esmc

不过,很多技术可能还停留在实验室层面,从研究到推广到产业化需要一个过程。ST的电机控制部门在与高校以及和别的公司合作或建立联合实验室,来加快产业化的速度。NU6esmc

小结

最后,针对ST在碳化硅方面的布局,Francesco分享了一个小故事:四年半前,没有人相信汽车会用到SiC,当时所有的人都在等待GaN。只有ST与美国一家电动汽车汽车制造商在探讨SiC。当第一家车企开始使用SiC产品后,紧接着市场风向就发生了巨大的变化。“可以说,SiC用于电动汽车这个想法始于ST。”他感慨地说。NU6esmc

其实,当前ST在工业领域的技术创新,也与当年在车用碳化硅方面的创新一样,虽然有些技术暂未大规模商用,但只要该技术足够优秀,足够贴合市场趋势,在下一个风口也许就能起飞。NU6esmc

责编:Clover.li
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李晋
国际电子商情助理产业分析师,专注汽车电子、人工智能、消费电子等领域的市场及供应链趋势。
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