Infineon-E-2024年預(yù)測-氮化鎵功率半導(dǎo)體 對解決日益增長的能源需求與凈零排放經(jīng)濟(jì)之間的矛盾至關(guān)重要

對解決日益增長的能源需求與凈零排放23作為功率系統(tǒng)和物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的領(lǐng)導(dǎo)者，英飛凌致力于推動低碳化和數(shù)字化以實(shí)現(xiàn)凈零排放經(jīng)濟(jì)。氮化鎵我們在氮化鎵技術(shù)領(lǐng)域深耕二十逾載，擁有豐富的驅(qū)動器IC的電源解決方案）以及各種創(chuàng)新封裝。我們提供的全套組件可用于打造完整的系統(tǒng)解決方案，以縮短產(chǎn)品上市時間，從而更快地為客戶提供更環(huán)Johannesschoiswohl博士4現(xiàn)在正處于能源轉(zhuǎn)型期，我們亟需采取行動以應(yīng)對全球變暖，確保未來的美好生活。為實(shí)現(xiàn)這個目標(biāo)，我們需要重新思考發(fā)電、輸電、電力儲能和用電的方式。能源、經(jīng)濟(jì)和環(huán)境之間的關(guān)系一直是復(fù)雜而多變的。許多可持續(xù)發(fā)展方面的挑戰(zhàn)都來自于能源需求與效率之間的不協(xié)調(diào)。據(jù)世界氣象組織稱，2023年，全球測量數(shù)據(jù)顯示二氧化碳濃度達(dá)到了400多萬年以來的最高水平，世界經(jīng)歷了有記錄以來最熱的9月，野火和風(fēng)暴事件的頻次和強(qiáng)度也創(chuàng)下歷史在應(yīng)對當(dāng)今最為緊迫的挑戰(zhàn)時，技術(shù)發(fā)揮著重要作用。2024年，兩大趨勢將推動電力需求增長并要求2.數(shù)字經(jīng)濟(jì)的加速發(fā)展和人工智能（AI）帶來的根取決于預(yù)測情景，預(yù)計(jì)全球能源供應(yīng)將增長31%至電力部門（發(fā)電和供熱）產(chǎn)生的二氧化碳排放量約在為交通運(yùn)輸、數(shù)據(jù)中心、消費(fèi)市場和商用市場以及住宅太陽能系統(tǒng)等設(shè)計(jì)新的功率系統(tǒng)以提高能效并降低成本方面，寬禁帶技術(shù)，特別是氮化鎵功率5過去主要以化石燃料作為能源的領(lǐng)域正在朝著電氣化轉(zhuǎn)型，這日益成為減少二氧化碳排放的關(guān)鍵因素。正在邁向電氣化的應(yīng)用包括道路上的電動汽車、電動公交車和電動卡車，建筑物中的熱泵，以及鋼鐵生產(chǎn)中使用的電爐。從交通、建筑到工業(yè)，電力將在各行各業(yè)發(fā)揮關(guān)鍵作用。人們的日常生活將越來越離不開電力能源，電力將在人們的日常生活中起著越來越重要的作用：出行、烹飪、照明、采暖和制冷。由于電能是質(zhì)量最高、最靈活的能源形態(tài)，因此我們可以很容易地將電能轉(zhuǎn)換為近幾十年來，電力在全球最終能源消費(fèi)總量中的占比穩(wěn)步上升，目前已達(dá)到20%。未來幾年，其增長速度還將加快。在國際能源署的既定政策情景中，電力占比約為30%，而在2050年實(shí)現(xiàn)凈零排放情景中，2050年電力將占最終能源使用量的53%左右。[3]目前，全球電力部門約有30%的電力來自于可再生能源發(fā)電（以十億度計(jì)）。在國際能源署的既定政策情景中，這一比例預(yù)計(jì)將增至70%，而在2050年前實(shí)現(xiàn)凈零排放情景中，這一比例將高達(dá)早在2023年人工智能引發(fā)廣泛關(guān)注和投入試驗(yàn)之前，從2012年到2022年，全球范圍內(nèi)生成的數(shù)據(jù)量已增長15提高，點(diǎn)播流媒體、視頻會議以及數(shù)字商務(wù)的業(yè)務(wù)流程和系統(tǒng)產(chǎn)生的信息量與日俱增，必須為其提供可靠的隨著人工智能的進(jìn)一步發(fā)展，數(shù)據(jù)驅(qū)動型經(jīng)濟(jì)正在被重新定義。在其產(chǎn)生的巨大數(shù)據(jù)需求面前，過去的數(shù)字化轉(zhuǎn)型在技術(shù)、基礎(chǔ)設(shè)施和能源等方面構(gòu)成的壓力不值一提。大多數(shù)最為人們熟知的人工智能模型都是在圖形處理器（GPU）芯片上運(yùn)行，這種芯片的能耗是傳統(tǒng)CPU的10到15倍。雖然很難計(jì)算在人工智能模型的訓(xùn)練和推理中使用GPU在能源方面造成的確切影響，但人們普遍認(rèn)為，單個生成式人工智能查詢的碳足跡是搜索引擎請求的4倍[7]。相比之下，人們先前擔(dān)憂的加密貨幣挖礦和元宇宙對能源和可持續(xù)發(fā)展的影響只是小問過去，全球能源需求增長意味著產(chǎn)量增加，生產(chǎn)主要使用化石燃料作為能源，這導(dǎo)致二氧化碳排放量隨之增加。但是，通過技術(shù)創(chuàng)新可以提高基礎(chǔ)設(shè)施、系統(tǒng)和設(shè)備（從數(shù)據(jù)中心到電動汽車、工廠和家居）的能效，以更具可持續(xù)性的方式來滿足日益增長的能源需求。此外，可以利用技術(shù)來增加可再生能源的供應(yīng)，預(yù)測1：可持續(xù)發(fā)展日益受重視，推動全球電動汽車進(jìn)入2024年，全球汽車行業(yè)正在經(jīng)歷重大轉(zhuǎn)型。汽車制造商正在大幅削減電動汽車成本，而寬禁帶半導(dǎo)體的興起可助力實(shí)現(xiàn)高效、強(qiáng)大且從長期看更具成本效益的解決方案。預(yù)計(jì)在接下來的一年中，將更加重視解決生命周期碳排放問題，從而進(jìn)一步推2024年，隨著政府和消費(fèi)者努力減輕氣候變化的影響，電動汽車市場銷售額預(yù)計(jì)將飆升21%。[8]到2030年，電動汽車銷售額預(yù)計(jì)將超過全球汽車結(jié)束，取而代之的是一個新時期，其發(fā)展動力來自對氣候變化的更深刻認(rèn)識、更清潔的能源以及世界各國政府出臺的嚴(yán)格指令。電動汽車電力電子器件的創(chuàng)新對這一轉(zhuǎn)型至關(guān)重要，尤其是碳化硅（SiC）器件在當(dāng)前和氮化鎵（GaN）器件在未來發(fā)揮的關(guān)鍵另一方面，800V系統(tǒng)正加快普及，它們可實(shí)現(xiàn)更快速的直流充電性能，適用于高端車輛。氮化鎵功率半導(dǎo)體將成為適用于400V系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)劃算的解決方案，并且可以通過多電平拓?fù)鋺?yīng)用于800V系統(tǒng)，從而提供當(dāng)今流行的硅和碳化硅技術(shù)的替代解3.人們越來越關(guān)注汽車的“全生命周期”環(huán)境影響，包括在行駛途中和在制造過程中產(chǎn)生的排放。氮化鎵等寬禁帶技術(shù)有助于實(shí)現(xiàn)具有更高效率和更低轉(zhuǎn)換損耗、更高功率密度、更小尺寸和更輕8數(shù)據(jù)中心對實(shí)時數(shù)據(jù)洞察的需求和人工智能的快速發(fā)展，在數(shù)字世界掀起了一場巨大變革，這對當(dāng)今數(shù)據(jù)中心面臨的挑戰(zhàn)產(chǎn)生深刻影響，并構(gòu)成可持續(xù)發(fā)展的挑戰(zhàn)。麥肯錫預(yù)計(jì)，到2030年，僅美國市場的數(shù)據(jù)中心的用電需求隨著生活方式的變化、數(shù)字化的發(fā)展以及對人工智能持續(xù)推進(jìn)，數(shù)據(jù)量也在呈指數(shù)級增長。與此同時，數(shù)據(jù)中心的能耗也在大幅增加。據(jù)國際能源署（IEA）稱，2022年數(shù)據(jù)中心的耗電量約占全球總耗電量的2%（=4600億度）[11]，其中多達(dá)40%的耗電量用于冷卻[12]。這促使人們對替代能源解決方案的需求不斷增中心的電力挑戰(zhàn)，使運(yùn)營商探索各種旨在提高能效和功率密度，同時改善環(huán)境的方案。浸沒式冷卻和人工智能驅(qū)動優(yōu)化等新興技術(shù)只能解決部分問題。2024年，數(shù)據(jù)中心行業(yè)高層領(lǐng)導(dǎo)者將對其供應(yīng)鏈?zhǔn)┘痈髩毫?，要求提供基于氮化鎵的解決方案，采用氮化鎵器件的2.政府的新規(guī)定將減少與電能使用效率（PUE）缺陷有關(guān)的不利因素[13]，并進(jìn)一步推動數(shù)據(jù)中心采用氮化鎵技術(shù)。雖然PUE指標(biāo)對能源效率至關(guān)重要，但它忽略了服務(wù)器電源的功率轉(zhuǎn)換效率，造成效率低下和廢熱。氮化鎵技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)效率高達(dá)96%或更高的AC/DC轉(zhuǎn)換器，從而新的歐盟法規(guī)[14]擴(kuò)大了包括服務(wù)器能效在內(nèi)的要求，這將加速氮化鎵技術(shù)的普及。例如，德國議會（Bundestag）通過了《能效法案》[15]，其中規(guī)定了數(shù)據(jù)中心需承擔(dān)的一系列能效義務(wù)。這些規(guī)定及其他3.冷板式液冷技術(shù)勢頭正健，今后10年將迅速增長，預(yù)計(jì)復(fù)合年增長率（CAGR）將達(dá)到16%[16]。利用這項(xiàng)技術(shù)，數(shù)據(jù)中心集成商和服務(wù)器供應(yīng)商將提高性能輸出，同時通過降低工作溫度，降低冷卻功率要求。除提高系統(tǒng)可靠性之外，在較低溫度下工作還能進(jìn)一步提升在電源中使用氮化鎵器件帶來的優(yōu)勢。數(shù)據(jù)中心電源已經(jīng)出現(xiàn)了使用諸如氮化鎵器件等的寬禁帶半導(dǎo)體的趨勢，因?yàn)樗鼈兛梢詫?shí)你知道嗎？……那么，可以節(jié)省：……那么，可以節(jié)?。?)2015年至2021年全球數(shù)據(jù)中心用電需求（St太陽能目前，全球電力部門可再生能源發(fā)電的占比約為30%[17]。如果我們的目標(biāo)是建設(shè)一個更具可持續(xù)性的世界，就必須消除這種不平衡。此外，為確?？煽康碾娏?yīng)，必須通過更具彈性的系統(tǒng)，哪怕在極端天氣條件下也能供電。在這種情況下，太陽能是實(shí)現(xiàn)清潔發(fā)電和可靠供電的解決之道。技術(shù)創(chuàng)新的力量將推動太陽能產(chǎn)自歐盟（EU）頒布實(shí)施《可再生能源指令》（2009/28/EC）以來，可再生能源在歐盟能源消費(fèi)總量中的占比已從2010年的12.5%增至2022年的23%[18]。歐盟已經(jīng)認(rèn)識到需要加快行動，并于2023年修訂了《可再生能源指令（REDIII）》（EU/2018/2001）。該指令設(shè)定了對歐盟各國具有約束力的可再生能源總體目標(biāo)，（EuropeanGreenDeal力爭到2050年成為首個氣候中和的大陸；到203氮化鎵器件是新一代住宅太陽能發(fā)電系統(tǒng)的重要組件，可顯著節(jié)能、提升性能并促進(jìn)可再生能源快速普及?；诘壠骷奈⑿湍孀兤鳌?yōu)化器和功率調(diào)節(jié)器將更高效地把儲存在電池中的、來自太陽能電池板的本（LCOE）將進(jìn)一步下降[20]。因此，隨著世界對能源的基本要求越來越強(qiáng)調(diào)更出色的能源獨(dú)立性、經(jīng)濟(jì)效2.對輸出功率更大、體積更小、重量更輕的逆變器和功率優(yōu)化器的需求將增長。這種增長的動力將來源于對更大功率光伏電池板的需求以及更多電池儲能產(chǎn)品，它們需要更大功率的逆變器，而不是并聯(lián)多個光伏逆變器。氮化鎵功率半導(dǎo)體可以實(shí)現(xiàn)必要的效率，以便同時提高能效、增加輸出功3.隨著太陽能發(fā)電帶來的可變性和不可預(yù)測性問題得到緩解，可再生太陽能發(fā)電將通過智能技術(shù)，更廣泛kW）以及集中式電廠級發(fā)電系統(tǒng)（數(shù)百M(fèi)W），將為接入電網(wǎng)的城市和農(nóng)村社區(qū)提供更出色的供電可靠性和預(yù)測4：消費(fèi)市場和商用市場的終端用戶體驗(yàn)將發(fā)商用市場和消費(fèi)市場即將迎來變革性轉(zhuǎn)變。從2024年底開始，在歐盟范圍內(nèi)銷售的所有手機(jī)、平板電腦和照相機(jī)都必須提供USBType-C充電端口[21]。這些進(jìn)步有望簡化我們的日常生活，通過在高端音響設(shè)備中使用氮化鎵元件，制造商能夠?qū)崿F(xiàn)以前不可能實(shí)現(xiàn)的更高水平是朝著USB-C通用充電邁出的重要一步，它不再需要多條充電線，也不必?fù)?dān)心兼容性問題。智能手機(jī)、平板電腦、筆記本電腦和游戲設(shè)備等都可以用一個氮化鎵充電器來充電，從而使我們的充電體驗(yàn)更加簡便。我們認(rèn)為，這一轉(zhuǎn)變將開啟一個更環(huán)保、更便捷的時代，將出現(xiàn)三種用戶類型：使用單端口或多端口充電）；圍為65W到330W為游戲設(shè)備和其他高強(qiáng)度應(yīng)用充電的你知道嗎？你知道嗎？如果全球所有的智能手機(jī)充電器都使用英飛凌功率器件1…………那么，節(jié)省的電量相當(dāng)于慕尼黑這……那么，節(jié)省的電量相當(dāng)于慕尼黑這樣的大城市的全年居民用電量22.音響行業(yè)使用氮化鎵器件作為優(yōu)于硅器件的解決方案的D類音頻設(shè)計(jì)的數(shù)量將出現(xiàn)拐點(diǎn)。更小巧、更輕便、更高效的系統(tǒng)將給汽車音響帶來諸多優(yōu)勢，是電動汽車時代的理想選擇。得益于氮化鎵器件，專業(yè)音響系統(tǒng)將出現(xiàn)功率高達(dá)數(shù)千瓦的大功率放大器。消費(fèi)類高保真音響也將實(shí)現(xiàn)更優(yōu)雅的設(shè)計(jì)、更卓越的音質(zhì)。這一輪創(chuàng)新浪潮有望帶來業(yè)界十多年來未曾有過的差功率半導(dǎo)體對解決日益增長的能源需求與凈零排放經(jīng)濟(jì)之間的矛盾至關(guān)重要。英飛凌的寬禁帶解決方案有助于實(shí)現(xiàn)更高效的發(fā)電和用電。特別地，氮化鎵器件是在交通運(yùn)輸、數(shù)據(jù)中心、太陽能發(fā)電以及消費(fèi)和商用市場推動變革的關(guān)鍵。無論是點(diǎn)燃電動汽車的可持續(xù)革命的星星之火，還是滿足生成式人工智能與日俱增的用電需求，具有杰出的適應(yīng)性和效率的氮化鎵器件都標(biāo)志著向更具彈性和可持續(xù)性，技術(shù)更先進(jìn)的未來邁出的Johannesschoiswohl博士[1]E：/atmospheric-co2-reaches-highest-level-in-4-million-years/，2021[2]美國能源信息署EIA：/todayinenergy/detail.php?id=41433，2019[3]IEA：能源信息署《2023年世界能源展望》，巴黎：/reports/world-energy-outlook-2023，許可證：CCBY4.0（報(bào)告）；CCBYNCSA4.0（附錄A），頁碼：264、276，2023[4]IEA：能源信息署《2023年世界能源展望》，巴黎：/reports/world-energy-outlook-2023，許可證：CCBY4.0（報(bào)告）；CCBYNCSA4.0（附錄A），頁碼：267、279，2023[5]statista：/statistics/871513/worldwide-data-created/，2023[6]英飛凌計(jì)算+IDC：/files/www-content/our-story/trends/files/Seagate-WP-Data-Age2025-March-2017.pdf，2017[7]華盛頓郵報(bào)：/business/energy/2023/08/27/bitcoin-s-energy-usage-offersa-lesson-for-ai-s-future/fa3ac166-4527-11ee-b76b-0b6e5e92090d_story.html，2023[8]彭博：/electric-vehicle-market-outlook/)，2023[9]RMI：/press-release/evs-to-surpass-two-thirds-of-global-car-sales-by-2030-putting-at-risk-nearly-halfof-oil-demand-new-research-finds/，2023[10]麥肯錫：/industries/technology-media-and-telecommunications/our-insights/investing-in-the-rising-data-center-economy，2023[l1]IEA：/energy-system/buildings/data-centres-and-data-transmission-networks，2023[12]麥肯錫：/industries/technology-media-and-telecommunications/our-insights/investing-in-the-rising-data-center-econom/，2023[l3]EUsciencehub：https://joint-research-centre.ec.europa.eu/jrc-news-and-updates/eu-code-conduct-data-centres-towards-more-innovative-sustainable-and-secure-data-centre-facilities-2023-09-05_en，2023[14]歐盟：https://joint-research-centre.ec.europa.eu/scientific-activities-z/energy-efficiency/energy-efficiency-products/code-conduct-ict/european-code-conduct-energy-efficiency-data-centres_en，2022[15]德國聯(lián)邦經(jīng)濟(jì)事務(wù)和氣候保護(hù)部：https://www.bmwk.de/Redaktion/DE/Pressemitteilungen/2023/09/20230921-bundestag-beschliesst-energieeffizienzgesetz.html，2023[16]IDTechEx：/en/research-article/why-data-centers-adopt-cold-plates-for-liquid-coolingover-immersion/29780#:~:text=Unlike%20immersion%20cooling%2C%20cold%20plate,data%20center%20gradually%20over%20time，2023[17]IEA：《世界能源展望》：/reports/world-energy-outlook-2023，2023[18]歐盟統(tǒng)計(jì)局：https://ec.europa.eu/eurostat/en/web/products-eurostat-news/w/ddn-20231222-2，2023[19]歐盟：https://energy.ec.europa.eu/topics/renewable-energy/renewable-energy-directive-targets-and-rules/renewable-energy-targets_en，2023[20]IEA：/reports/renewable-energy-market-update-june-2023/will-solar-pv-and-wind-costs-finallybegin-to-fall-again-in-2023-and-2024，2023[21]歐洲議會：https://www.europarl.europa.eu/news/en/press-room/20220930IPR41928/long-awaited-common-charger-for-mobile-devices-will-be-a-reality-in-2024，2022[22]Futureaudiophile：/what-the-