丁榮軍院士

 

　　功率半導體器件是新基建部署和實施的底層保障和基礎支撐

 

　　記者：國家發改委明確新基建范圍主要包括三方面內容：一是信息基礎設施，二是融合基礎設施，三是創新基礎設施。功率半導體在這三個不同層面，分別發揮了何種關鍵作用？

 

　　丁榮軍：功率半導體器件（亦稱電力電子器件）作為電能（功率）變換和處理的“CPU”，是實施電能傳輸、處理、存儲和控制的關鍵所在，凡是用電的地方都離不開功率半導體器件或者裝置。新基建主要包含信息、融合、創新三個方面的基礎設施建設，具體包括5G基建、特高壓、城際高速鐵路和城際軌道交通、新能源汽車充電樁、大數據中心、人工智能、工業互聯網等內容，恰恰都是功率半導體的重要應用領域，可以毫不夸張地說，功率半導體器件是新基建部署和實施的底層保障和基礎支撐。

 

　　其中，信息基礎設施主要是指基于新一代信息技術演化生成的基礎設施，比如以5G、物聯網為代表的通信網絡基礎設施，以云計算、區塊鏈、數據中心為代表的數據基礎設施等。這些設施均為用電大戶，對用電的需求量和質量（供電電源穩定性、功率放大和能源利用效率）提出了更高要求，都依托于功率半導體作為底層技術。例如，氮化鎵半導體材料具有較大的禁帶寬度、高擊穿場強、高遷移率以及高電流密度等特點，基于氮化鎵材料的射頻功率半導體器件在頻寬、性能、容量和成本上具有顯著優勢，可以有效滿足5G基站對供電電源穩定性和能源利用效率等方面的高要求，是支撐5G發展的核心器件。再如，以硅基IGBT、碳化硅等為代表的功率半導體器件，具有效率高、體積小等特征，能夠有效提升功率轉換效率和分配效率，可以有效降低數據中心服務器電源體積，提升能源利用效率，對于耗電量連續八年以超過12%的速度增長、年用電量超過上海市用電總量的全國數據中心而言，可以極大地節約成本，提升運行可靠性。

 

　　新基建關注的融合基礎設施涵蓋智能交通、智慧能源等領域。功率半導體作為電能轉換的關鍵核心部件，能夠大幅度提升電能轉換和傳輸過程效率，降低能源的消耗，在綠色交通和清潔能源領域應用極為廣泛。具體而言，功率半導體是高速列車、城際列車和城市軌道交通等基礎設施牽引變流系統的“心臟”，是保障長距離特高壓直流輸電的“CPU”，是新能源汽車能量傳遞控制的“核心樞紐”，是風電、光伏等可再生能源并網傳輸的“控制閥”。黨的十八大以來，伴隨著新發展理念的深入實施，綠色發展成為廣泛的社會共識，交通電動化、能源清潔化趨勢不可逆轉，功率半導體器件必將發揮更為強大的基礎支撐作用。

 

　　創新基礎設施，主要是指支撐科學研究、技術開發、產品研制的具有公益屬性的基礎設施，比如，重大科技基礎設施、科教基礎設施、產業技術創新基礎設施等。功率半導體技術作為支撐眾多產業發展的基礎與共性核心技術，“一代器件決定一代裝置，一代裝置決定一代應用”，打造功率半導體技術和產業創新中心，推動功率半導體各環節核心技術攻關和自主產業協同發展就是在筑牢新基建的“地基”。可以預見，其技術的快速進步將不斷推動各應用領域系統裝置更新換代，保障新基建實現高質量可持續創新發展。

 

　　新基建帶動產業鏈上下游發展，縮短國際差距

 

　　丁榮軍：伴隨著新基建工程的深入推進，5G通信、特高壓、城際高速鐵路、城市軌道交通、新能源汽車充電樁、大數據中心、人工智能及工業物聯網等產業將加速崛起，這必將為功率半導體行業帶來良好的發展機遇。

 

　　具體來說，新基建涉及的產業領域，絕大部分都是功率半導體的目標市場。一方面，新基建將為功率半導體產業帶來大量的應用需求，產業鏈下游的高速發展對IGBT、碳化硅、氮化鎵等功率半導體器件的需求大大增加，進而帶動產業鏈上游材料領域的快速發展。另一方面，基于我國戰略產業安全可控要求，新基建將進一步牽引功率半導體領域加快自主創新，推動全產業鏈轉型升級。

 

　　記者：相比國際先進水平，我國功率半導體發展水平仍然存在很大差距。借助新基建之機，應當投入在哪些方向？發展過程中需要解決的難點、痛點？

 

　　丁榮軍：總體而言，我國功率半導體產業經過長期自主創新，以晶閘管為代表的第一代、第二代器件達到了世界先進水平，IGBT主流器件的研發與產業化取得了不少突破，但以碳化硅、氮化鎵等為代表的第三代半導體技術研發起步較晚，技術發展趨勢認識模糊，人財物資源投入不足，仍落后于世界頂尖水平。建議從以下幾個方面重點突破：

 

　　第一，通過資源整合，打造功率半導體國家級創新平臺，聯合政、產、學、研、用各環節既有資源，圍繞全產業鏈需求和痛點開展協同創新和公共服務，構建自主生態和協同創新體系。

 

　　第二，功率半導體作為技術密集、資金密集和人才密集型行業，前期投入大，回報周期長，投資風險大，需要政府給予相應的政策傾斜，支持并帶動社會各界持續投入資源，推動產業發展。

 

　　第三，國家出臺鼓勵自主創新的支持政策，加快功率半導體器件技術創新，營造鼓勵科技創新良好環境。

 

　　第四，強化需求牽引，政府、行業、用戶應持續加大功率半導體器件的推廣力度，大力支持功率半導體器件產品的采購應用。

 

　　致力打造國產核“芯”技術，建立完整自主創新體系

 

　　丁榮軍：以功率半導體產業為例，它具有投入周期長、投資規模大、投資見效慢、投資風險高等特點，企業研發意愿和實際投入不足。所以，國家特別將“創新基礎設施”納入新基建范圍，意在通過政府的頂層規劃，對創新基礎設施建設進行引導與支持，打造一個技術創新與公共服務的平臺，銜接前沿基礎科學研究、工程化、產業化各個環節，打破當前獨自、分散的研發格局，加快自主創新成果的流轉與推廣，建立自主協同的產業創新體系。

 

　　當前，國家可以考慮通過建立并運營國家功率半導體創新中心的方式，從國家層面搭建一個自主、協同、開放、共享的功率半導體創新平臺，整合產業鏈上下游企業資源，合力開展功率半導體技術的基礎研究與前沿探索，著力于研究和突破一批應用前沿技術和關鍵共性技術，加速推動創新成果工程化，加快技術擴散和產業化應用，跨越從基礎研究到工程化、產業化之間的“死亡之谷”，從而構建一個持續創新生態，為創新基礎設施等新型基礎設施的建設和發展提供平臺支撐。

 

　　記者：您對新型基礎設施建設投資中可能出現的問題有何建議？如何避免這些問題的出現？

　　丁榮軍：政府高層十分重視對5G、人工智能、城市軌道交通、新能源汽車等領域的基礎設施建設。功率半導體作為以上領域的核心基礎支撐，成為當前的熱點投資方向之一，受到了投資者的熱烈追捧與集聚。但為避免出現投資過熱、投資分散、資源配置效率低等問題，國家及地方政府應做好頂層設計和統籌規劃，合理配置產業資源，避免國家投入不集中導致的有限資源無序競爭，在投資對象選擇上要做到“擇優扶強”，重點發展和培育有一定基礎的企業，打造功率半導體領域國家隊。一是重點支持功率半導體行業龍頭企業，增強大型企業綜合實力，提高其在國際市場上的競爭力，進而帶動我國功率半導體產業整體發展壯大，做大做強，擺脫受制于人的局面。二是適度超前有針對性地規劃產業路徑和技術發展方向，引導社會資源合理有效分配，避免“撒胡椒面”式的投資；指引社會資本參與關鍵核心技術自主創新，避免資源錯配；建設產業孵化與公共服務平臺，有針對性地幫扶一些成長性良好的中小微企業，幫助其孵化關鍵技術與成果并尋找應用市場。