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(fā)改委明確新基建范圍主要包括三方面內(nèi)容：一是信息基礎設施，二是融合基礎設施，三是創(chuàng)新基礎設施。功率半導體在這三個不同層面，分別發(fā)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(chuàng)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(shù)據(jù)中心、人工智能、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)等內(nèi)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(lián)網(wǎng)為代表的通信網(wǎng)絡基礎設施，以云計算、區(qū)塊鏈、數(shù)據(jù)中心為代表的數(shù)據(jù)基礎設施等。這些設施均為用電大戶，對用電的需求量和質(zhì)量（供電電源穩(wěn)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(yōu)勢，可以有效滿足5G基站對供電電源穩(wěn)定性和能源利用效率等方面的高要求，是支撐5G發(fā)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(shù)據(jù)中心服務器電源體積，提升能源利用效率，對于耗電量連續(xù)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(shù)據(jù)中心而言，可以極大地節(jié)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(tǒng)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(wǎng)傳輸?shù)?ldquo;控制閥”。黨的十八大以來，伴隨著新發(fā)展理念的深入實施，綠色發(fā)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(fā)揮更為強大的基礎支撐作用。

 

　　創(chuàng)新基礎設施，主要是指支撐科學研究、技術開發(fā)、產(chǎn)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(chǎn)業(yè)技術創(chuàng)新基礎設施等。功率半導體技術作為支撐眾多產(chǎn)業(yè)發(fā)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(chǎn)業(yè)創(chuàng)新中心，推動功率半導體各環(huán)節(jié)核心技術攻關和自主產(chǎn)業(yè)協(xié)同發(fā)展就是在筑牢新基建的“地基”?？梢灶A見，其技術的快速進步將不斷推動各應用領域系統(tǒng)裝置更新?lián)Q代，保障新基建實現(xiàn)高質(zhì)量可持續(xù)創(chuàng)新發(fā)展。

 

　　新基建帶動產(chǎn)業(yè)鏈上下游發(fā)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(shù)據(jù)中心、人工智能及工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)等產(chǎn)業(yè)將加速崛起，這必將為功率半導體行業(yè)帶來良好的發(fā)展機遇。

 

　　具體來說，新基建涉及的產(chǎn)業(yè)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(chǎn)業(yè)帶來大量的應用需求，產(chǎn)業(yè)鏈下游的高速發(fā)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(chǎn)業(yè)鏈上游材料領域的快速發(fā)展。另一方面，基于我國戰(zhàn)略產(chǎn)業(yè)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(chuàng)新，推動全產(chǎn)業(yè)鏈轉型升級。

 

　　記者：相比國際先進水平，我國功率半導體發(fā)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(fā)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(chǎn)業(yè)經(jīng)過長期自主創(chuàng)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(fā)與產(chǎn)業(yè)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(fā)起步較晚，技術發(fā)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(chuàng)新平臺，聯(lián)合政、產(chǎn)、學、研、用各環(huán)節(jié)既有資源，圍繞全產(chǎn)業(yè)鏈需求和痛點開展協(xié)同創(chuàng)新和公共服務，構建自主生態(tài)和協(xié)同創(chuàng)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(yè)，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(xù)投入資源，推動產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

 

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

 

　　第四，強化需求牽引，政府、行業(yè)、用戶應持續(xù)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(chǎn)品的采購應用。

 

　　致力打造國產(chǎn)核“芯”技術，建立完整自主創(chuàng)新體系

 

　　丁榮軍：以功率半導體產(chǎn)業(yè)為例，它具有投入周期長、投資規(guī)模大、投資見效慢、投資風險高等特點，企業(yè)研發(fā)意愿和實際投入不足。所以，國家特別將“創(chuàng)新基礎設施”納入新基建范圍，意在通過政府的頂層規(guī)劃，對創(chuàng)新基礎設施建設進行引導與支持，打造一個技術創(chuàng)新與公共服務的平臺，銜接前沿基礎科學研究、工程化、產(chǎn)業(yè)化各個環(huán)節(jié)，打破當前獨自、分散的研發(fā)格局，加快自主創(chuàng)新成果的流轉與推廣，建立自主協(xié)同的產(chǎn)業(yè)創(chuàng)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(chuàng)新中心的方式，從國家層面搭建一個自主、協(xié)同、開放、共享的功率半導體創(chuàng)新平臺，整合產(chǎn)業(yè)鏈上下游企業(yè)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(chuàng)新成果工程化，加快技術擴散和產(chǎn)業(yè)化應用，跨越從基礎研究到工程化、產(chǎn)業(yè)化之間的“死亡之谷”，從而構建一個持續(xù)創(chuàng)新生態(tài)，為創(chuàng)新基礎設施等新型基礎設施的建設和發(fā)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(xiàn)的問題有何建議？如何避免這些問題的出現(xiàn)？

　　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(xiàn)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(tǒng)籌規(guī)劃，合理配置產(chǎn)業(yè)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(yōu)扶強”，重點發(fā)展和培育有一定基礎的企業(yè)，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(yè)龍頭企業(yè)，增強大型企業(yè)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(chǎn)業(yè)整體發(fā)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(guī)劃產(chǎn)業(yè)路徑和技術發(fā)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(chuàng)新，避免資源錯配；建設產(chǎn)業(yè)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(yè)，幫助其孵化關鍵技術與成果并尋找應用市場。