Wolfspeed 于近日宣布其備受關注的莫霍克谷工廠(Mohawk Valley Fab)正式開業,這是全球首座、最大且唯一的 200mm 碳化硅(SiC)晶圓制造工廠。這對于 Wolfspeed 而言,是我們公司發展歷程上的重大時刻!從更大范圍而言,這也是數十年才一遇的技術轉型的重要組成部分 - 在橫跨所有產業范圍內,從硅(Si)基產品向碳化硅(SiC)基半導體的轉型。

Wolfspeed 首席執行官, Gregg Lowe
我們為什么需要硅(Si)基產品向碳化硅(SiC)基半導體轉型
我們現在所處的社會正在越來越多地采用先進科技,同時也越來越依賴科技。科技在我們的每一天時間里,帶來無限的機會,解決社會挑戰,擴大我們對于宇宙的認知,提升我們的生活品質。但是,我們的環境正在變得越來越難以承受隨之而來的巨大成本:傳統硅(Si)芯片賦能了絕大部分的科技,但將難以滿足新的能源效率標準。
在 2021 年,至少美國十多個州通過了新的清潔能源法規或是采用了新的節能標準,其中多數聚焦在建筑、交通乃至整座城市的電氣化。在去年 12 月,美國環保署(EPA)強化了燃油經濟性標準(fuel economy standards),要求乘用車的每加侖燃油可供行駛距離,從目前的低于 38 英里,提高至 2026 年的平均 55 英里。紐約州和加利福尼亞州已經通過立法,計劃將在 2035 年禁止新的內燃機汽車和卡車的銷售。新的標準,就需要新的解決方法。
就碳化硅(SiC)而言,它已經成為許多最為快速增長市場滿足“綠色復蘇(Green Recovery)”的重要催化劑,并助力雄心壯志的企業更好地達到雄心勃勃的碳排放要求。數據中心、電動汽車、5G 基礎設施、可再生能源和儲能系統、工業電機、暖通空調、以及所有其它需要采用半導體芯片的應用,它們的能源效率都可以通過采用碳化硅(SiC)來實現優化。
舉個例子,數據中心的能源消耗預計在未來數十年將會飆升。數據中心占全球能源使用的比例目前大約僅為 3%,但到 2050 年時,預計將會占總體消耗的 14%。這歸因于越來越多的社群正在接入連接,并且采用 5G 技術實現互聯的產品和技術也日益龐大。巧合的是,5G 技術也是碳化硅(SiC)可以大顯身手的重要領域。
假如這些數據中心的電源和散熱系統可以通過采用碳化硅(SiC)取代硅(Si)來進行賦能的話,那么節能下來的能源可以為曼哈頓供電整整一年。與此同時,云提供商設置的嚴苛能源效率標準是如此之高,以目前的科技圖景,只有通過改為采用碳化硅(SiC)才可以滿足這些標準。
簡而言之,碳化硅(SiC)助力節約全球能源
隨著越來越多的企業和機構制定計劃,通過采用技術和基礎設施來滿足新的能源法規要求,工程師和設計人員也正在意識到硅(Si)基芯片已經難以達到預期。與其它可供選項相比,Wolfspeed 在 2020 年銷售的產品,可以在其生命周期幫助減少大約 1.25 億公噸二氧化碳排放。伴隨著碳化硅(SiC)這項技術更多地采用,其助力減少的二氧化碳排放也將逐年遞增。
需要多久才能實現這個轉型
對于碳化硅(SiC)的需求正在快速增長,并且遠超預期。這很大一部分原因是由于電動汽車市場爆發式增長所帶動的。采用碳化硅(SiC)的電動汽車,可以支持更高電壓工作,提高功率密度,提升效率。這些優勢,幫助汽車制造商們可以在更低成本的條件下實現更輕量和更寬敞的車型設計,與此同時還為消費者帶來更長的續航里程和更快的充電時間。電動汽車只是碳化硅(SiC)的應用之一,但電動汽車的全球年度銷售總量預計將會很快達到 1,000 萬輛。這是一個巨大的市場,并且是碳化硅(SiC)器件需求的風向標。
從 硅(Si)向 碳化硅(SiC)的轉型速度很大一部分是依靠產能的提升。隨著我們莫霍克谷工廠的運營,Wolfspeed 碳化硅(SiC)器件產能將顯著提升。除了增加制造廠房面積以及前沿領先的自動化技術,從 150mm 晶圓向 200mm 晶圓的提升將使得每片晶圓可最終制成的器件數量倍增。當然,假如您沒有從事這個產業,您可能覺得這聽著也不夠那么令人振奮啊。增大的尺寸也意味著每片晶圓可支持的功率數(瓦特)也在增加。換個角度來看,200mm 碳化硅(SiC)晶圓可支持的功率數(瓦特)比 300mm 硅(Si)晶圓可支持的功率數(瓦特)還要高。因此,如果是采用相同數量的晶圓片,碳化硅(SiC)可以賦能更多的系統。反過來講,如果是賦能相同的系統,碳化硅(SiC)則僅需更少數量的晶圓片。這將有助于減少所需采購的芯片數量,以及緩解供應鏈的壓力。
Wolfspeed 承諾了 10 億美元用于擴大我們的運營。在紐約州這座晶圓工廠建設的同時,我們在北卡羅來納州的材料工廠也在推進之中,這將在美國東海岸有效地打造碳化硅(SiC)走廊。我們對于業務的投入,是同行友商們的近四倍,以更好地滿足快速提升的客戶需求。我們對于碳化硅(SiC)的未來抱有堅定的信仰!
莫霍克谷工廠的開業,將為實現一個更可持續的未來開啟更多可能性,同時這也將是從硅(Si)向碳化硅(SiC)轉型歷程上的重要里程碑!