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半导体如何推动低碳化

能源需求的不断攀升、自然资源的日渐匮乏和气候变化的日益加剧，要求我们寻求更加高效的方式实现发电、输配电、储能和用电。英飞凌的半导体解决方案有助于提高发电和用电效率。

文章

10/07/2025

能源消耗攀升、二氧化碳排放量增加：何为破局之道？

2024 年全球气温创历史新高。成为首个全球平均气温比工业化前水平明显高出1.5°C的年份。哥白尼地球观测计划¹的最新发现令人震惊。2024年，温室气体浓度以及气温和海面温度等多项全球纪录被打破，导致洪水、热浪和野火等极端事件的发生。报告强调尽快实现净零排放已经刻不容缓。然而，世界仍然严重依赖化石燃料，而化石燃料的燃烧是气候变化的主要推手之一。

随着人口与产业规模的空前扩张，全球能源需求持续攀升。因此，尽管全球都在努力推进CO2减排，但根据国际能源署（IEA）发布的数据，到2024年，全球化石燃料燃烧和工业生产过程中产生的与能源消耗相关的二氧化碳排放量仍将创下历史新高，增长至378亿吨。一方面是能源消耗的增加，另一方面是CO2减排任务的艰巨，两者之间的矛盾正令全球社会陷入两难困境。

为了破解这一困局，我们需要更加明智地利用能源。

利用技术推动绿色能源革命

我们仍处于绿色能源革命的早期阶段。根据国际能源署发布的《世界能源展望2024》，尽管太阳能、风能和水力发电等行业如今已发展成为庞大的制造业，但它们仅占全球能源供应的 12% 左右。然而，如果国际能源署的2050 年净零排放目标能够实现，这一比例将有望升高至70%。

应对气候变化和减少碳排放需要采取主动而非被动的方式。这正是技术可以发挥关键作用的领域——能够帮助优化能源转换链的各个环节，包括发电、储能、输电和用电。特别是微电子技术可以帮助我们最大限度地利用可再生能源，在储能和输电的过程中尽最大可能减少损耗，并且通过高效的设备降低能源消耗。潜力巨大！

变革性的微电子技术如何促进能源转型

事实上，半导体技术已经成为能够推动二氧化碳减排和解决资源稀缺挑战的关键技术。

半导体解决方案能够推动绿色能源转型并加快工业、交通出行和消费电子等各个领域的电气化。例如，可再生能源发电站严重依赖半导体技术，如果没有半导体，发电站就无法运转。

具体来说，半导体技术旨在提高电能转换效率实现能效跃升。这不仅减少了热量的产生和散热需求，而且还降低了能源浪费和二氧化碳排放。

节能就意味着产电

全球最大的半导体公司之一英飞凌的行业专家重点分享了一些生活中的实际案例，来阐释半导体技术如何助力碳减排，推动低碳化进程。

风能和太阳能就是这样的领域。每个电能转换步骤，例如将风能或太阳能转换为适合输入电网的交流电，都会造成一些能量损耗，这些能量会以热量的形式消散。当前的半导体解决方案有助于最大限度地减少这些能量转换过程中产生的损耗，并提升风能或太阳能的利用率。

2023年，英飞凌的半导体产品被应用于超过290万个新的太阳能发电系统和1.86万个风能发电系统中，使得清洁能源发电总量达到210 GW。这相当于每年减少了2.25亿吨的二氧化碳排放。

数据中心的节能潜力

在人工智能应用快速发展的推动下，整个社会的数据使用量正在呈指数级增长。预计到 2027 年全球数据总量将达到 291 ZB（IDC发布的《数据时代2025》报告）。数据中心是支撑这一发展趋势的技术底座，同时也是我们所处的数字社会的核心支柱，从企业服务器到“人工智能工厂”都离不开数据中心的支持。数据中心能够存储、传输和处理大量的数据。与此同时，它们的用电需求也在快速增长。

国际能源署发布的报告显示，数据中心的耗电量约占全球总用电量的 2% ，即 460 TWh，相当于约 1.53 亿户家庭的用电量。其中高达 40% 的数据中心能耗都被用在了冷却过程中。此外，在普通数据中心中，大约有 17% 的能量在各种电能转换过程中损失掉了。

我们迫切需要创新的电源解决方案来减少废热，并最大限度地降低散热需求。这正是功率半导体的用武之地，尤其是碳化硅 (SiC) 和氮化镓 (GaN) 等最新功率半导体技术作用显著。

这些半导体器件能够显著提高能效，并优化从电网到处理器的整个电能转换过程。这种方法有助于降低运营成本，同时促进可持续性：通过减少冷却需求，运营商可以节约水资源并显著减少_二氧化碳排放。

采用英飞凌先进的半导体解决方案，数据中心可以大幅降低功耗：

绿色智能家居——基于传感器

今年，全球智能家居的用户数量预计将达到5亿，这在提升日常生活便利性的同时也推高能耗。为了应对气候挑战，需要减少总体能源消耗，其中智能化相关功能的部署是关键。实现该目标的方法之一是借助传感器，传感器能够赋予设备环境感知与智能响应能力（即"情境感知"）。

雷达传感器能够检测到人体的存在。例如，三星 Frame TV画壁艺术电视搭载了英飞凌雷达传感器，可以检测到房间内是否有人，一旦房间内无人停留，它就会关闭艺术模式，从而延长OLED的使用寿命并实现节能。同样，这种运动或存在检测的原理也适用于照明系统、恒温器、空调或安全摄像头。假设全球有 5 亿个智能家居用户，每家安装5台智能设备，每台智能设备平均每天节省100 Wh的电能，那么每年一共可节省的电能将超过90 TWh。