節能一直是芯片產(chǎn)業(yè)一個(gè)重要的命題，特斯拉率先在電動(dòng)車(chē)中采用碳化硅芯片，促使芯片產(chǎn)業(yè)將芯片材料由硅轉向碳化硅，更好地滿(mǎn)足市場(chǎng)需求。以下為文章摘要：數十年來(lái)，憑借地殼中含量豐富、易于制造的優(yōu)勢，硅一直是芯片的材料。但電動(dòng)車(chē)對更高能源效率的追求，在蠶食硅在芯片產(chǎn)業(yè)的主導地位。

　　特斯拉則是芯片產(chǎn)業(yè)放棄硅的催化劑。特斯拉在 Model 3 中采用了碳化硅芯片，成為第一個(gè)吃螃蟹者。此舉提升了碳化硅在電動(dòng)車(chē)供應鏈中的地位，對芯片產(chǎn)業(yè)產(chǎn)生了很大影響。日本芯片廠(chǎng)商羅姆首席戰略官 Kazuhide Ino 說(shuō)，“芯片廠(chǎng)商已經(jīng)共同打造了碳化硅市場(chǎng)，現在到了彼此競爭的階段。”

　　碳化硅由硅和碳兩種元素組成，由于化學(xué)鍵比硅更強，其硬度排在第三位。碳化硅的加工要求更先進(jìn)的技術(shù)，但穩定性和其他屬性，使得其能耗比硅芯片低逾 50%。碳化硅芯片散熱性能還很好，有助于縮小電動(dòng)車(chē)中關(guān)鍵零部件逆變器的尺寸。日本名古屋大學(xué)教授 Masayoshi Yamamoto 表示，“Model 3 的空氣阻力系數與賽車(chē)一樣低，尺寸更小的逆變器，是它能采用流線(xiàn)性設計的前提。”

　　Model 3 逆變器中的碳化硅芯片

　　特斯拉此舉“驚醒”了芯片產(chǎn)業(yè)。6 月份，德國英飛凌推出了一款電動(dòng)車(chē)逆變器用碳化硅模塊。英飛凌日本分部一名管理人員說(shuō)，“碳化硅應用范圍護套的時(shí)間早于我們的預期。”現代汽車(chē)將在新一代電動(dòng)車(chē)中使用英飛凌的碳化硅芯片。據稱(chēng)，與硅芯片相比，碳化硅芯片可以使電動(dòng)車(chē)續航里程提高5%。

　　法國市場(chǎng)研究公司 Yole Developpement 預測，2026 年碳化硅能源芯片市場(chǎng)將比 2020 年增長(cháng) 6 倍，達到 44.8 億美元。

　　Yamamoto 稱(chēng)，碳化硅和硅的價(jià)格差在不斷縮小，量產(chǎn)和其他因素，使得兩者的價(jià)格差由 5 年前的約 10 倍收窄至 2 倍。部分供應商開(kāi)始生產(chǎn)尺寸更大的碳化硅晶圓，將進(jìn)一步縮小兩者的價(jià)格差。

　　羅姆一直是這一領(lǐng)域的領(lǐng)頭羊，2010 年量產(chǎn)了世界上第一款碳化硅芯片。2009 年收購德國 SiCrystal，使得羅姆具有完整的碳化硅芯片生產(chǎn)線(xiàn)。羅姆的目標是 2025 年占領(lǐng) 30% 的全球碳化硅芯片市場(chǎng)，最近，它在日本的一條生產(chǎn)線(xiàn)投產(chǎn)，這是其將產(chǎn)能提高 5 倍計劃的一部分。羅姆表示，多款即將推出的電動(dòng)車(chē)都將采用其碳化硅芯片。它還與吉利簽訂了協(xié)議。

　　碳化硅芯片市場(chǎng)的快速發(fā)展

　　硅并非是第一種芯片材料。自 1947 年問(wèn)世后，半導體材料一直是鍺。隨著(zhù)半導體產(chǎn)業(yè)發(fā)展壯大，鍺在 1960 年代被硅取而代之?？赡苋〈璧牟⒎侵挥刑蓟?。氮化鎵有潛力將芯片能耗降低約 90%。雖然氮化鎵芯片被應用在一些領(lǐng)域，例如充電設備，但由于主要與包括硅在內的其他材料聯(lián)合使用，其潛力尚未完全展現出來(lái)。

　　現有芯片性能已逼近極限，是芯片產(chǎn)業(yè)尋求其他材料的一大原因。芯片制造工藝已發(fā)展到 5 納米，摩爾定律面臨前所未有的挑戰。

　　節能也在推動(dòng)芯片材料領(lǐng)域的創(chuàng )新。沒(méi)有能源使用效率的提升，電動(dòng)汽車(chē)的普及、數據中心的增多和數字經(jīng)濟其他領(lǐng)域的發(fā)展，將使電能供應捉襟見(jiàn)肘。

　　鉆石被一些業(yè)內人士稱(chēng)作終極半導體，可能改變芯片產(chǎn)業(yè)的游戲規則，只是與硅相比，它的成本太高了。日本 Adamant Namiki Precision Jewel 開(kāi)發(fā)出了利用鉆石生產(chǎn)能源芯片的技術(shù)。從理論上說(shuō)，鉆石芯片能耗可以低至硅的五萬(wàn)分之一。但是，降低鉆石芯片成本是一個(gè)關(guān)鍵難題，目前其價(jià)格是硅芯片的數千倍。

　　鑒于半導體對國家安全和經(jīng)濟競爭力的重要性，中國、美國和歐洲均在大力支持新芯片材料的研發(fā)。硅和鋼鐵“塑造”了 20 世紀，新一代半導體材料似乎將成為未來(lái)數十年國際競爭的主要領(lǐng)域。
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