节能减碳创新之路

作者：华邦电子
 
随着全球对环保议题和可持续发展的重视，低碳产品的需求持续攀升。而科技进步和应用场景的多样性，也间接增加各行各业对高效能、低功耗解决方案的需求。这些需求应用主要来自于以下几个领域：
 

• 智能手机和便携设备：随着智能手机的功能日益强大，这些设备需要更高效能、更低功耗的内存以支持多任务处理及延长使用时间。低功耗的内存有助于延续电池寿命，提升用户体验。
• 物联网（IoT）设备：物联网设备在智慧城市、智能家居、工业 4.0等领域的应用越来越广泛，这些设备通常需要较长时间运作且在电池供电的情况下执行，因此，对低功耗的需求极为迫切。
• 汽车电子：自动驾驶和电动汽车的发展对内存的需求极为强劲，需要高效能、低功耗的内存来支持实时数据处理和分析，以延长电池续航里程。
• 工业自动化：在工业自动化中，低功耗内存能帮助提升设备的可靠性和效能，同时减少营运成本和能源消耗。
• 智能家居设备：智能家居系统需要低功耗的内存来维持长时间的待机和实时反应能力，进一步提升整体系统的能源效率。

 
低碳产品其实不一定是破坏式创新，从客户端的需求及 SOC/MCU 的发展便可知端倪；除此之外，持续收集市场信息并将其运用在产品规格制订上才是关键所在，千万不能仅以当下能力来做判断，这才是华邦保有持续竞争力的基石。
 
生产低碳产品是个持续性的工作，其层面涵盖产品电路设计、制程研发、封装形式及材料精进等，都能在节能减碳上有所贡献。
 
华邦也洞见新时代产品的市场趋势，持续投入资源，追求半导体设计、生产技术与产品的可持续创新，提供客户低碳与低功耗之绿色产品，提升绿色商机竞争优势与市占率，并持续优化以提升华邦整体可持续的竞争力。
 
HYPERRAM™ 的节能减碳成果

• HYPERRAM 应用于可穿戴设备等低功耗物联网终端产品，支持语音控制、tinyML 推理等功能，同时也适用于汽车仪表板、娱乐系统、工业机器视觉系统、HMI 显示器和通信模块等。
• 因应新兴消费趋势如可穿戴及智能设备等低耗电的市场需求，HYPERRAM 设计之理念在于取代传统过去使用的 SDRAM，与 SDRAM 相比，其在工作方面能降低70%碳排量，待机能耗更降低至5%。
• 2022 年推出 HYPERRAM 3.0 行动内存，在 I/O 数增大一倍的情况下，进一步降低40% 每位转换的能耗。2023 年推出低电压且小尺寸系列之 HYPERRAM 1.2V WLCSP 与1.35V BGA49 封装，其中1.2V HYPERRAM 较1.8V HYPERRAM 功耗更节省33%。 HYPERRAM 3.1 行动内存，是可穿戴设备的低功耗核心组件，搭配16位接口以增快传输速率并加速高解析图片的加载传输速度，使其在低功耗、智能处理与 UI 显示领域中树立新标竿，为客户提供更简化、具有竞争力且长效电池续航力的的智能穿戴设计解决方案。
• 持续进化小尺寸封装，从 SDRAM 的 TSOP BG60/54到 HYPERRAM BGA24，4x4mm² 的 BGA49 到晶圆级封装 WLCSP，可见在使用小包材的情况下，生产过程中的碳排放量得以大幅降低。

良品裸晶 KGD 对减碳的贡献
 
华邦电子多年深耕于 KGD 领域，与芯片厂合作提供 SiP (System in Package) 多芯片封装解决方案。配合逻辑芯片将内存一起封装的 KGD 销售模式，在净零及环境可持续议题上发挥价值，创造以低碳与绿色产品为主之节能减碳终端产品。许多客户透过华邦的专业协助，将内存产品 KGD 用于系统级封装 (SiP) 解决方案。将内存与控制器芯片堆栈整合，并放入单个封装或模块中以提供 SiP 技术配置。其他组件的 KGD 也可与内存 KGD 堆栈，除了节省封装材料、提升效能外，同时也可节省功耗与芯片面积。KGD 对减碳的贡献:
 

• 减少材料浪费：KGD 技术通过在晶圆层面完成测试和筛选，确保每个晶粒均为良品后再与SoC进行整合封装，有效降低材料浪费，同时减少电路板的占用空间。
• 简化封装流程：KGD 技术简化了后续的组装和封装流程，进一步降低制造过程中的能源使用和碳排放。
• 减少能源消耗 : 利用 SiP 多芯片封装技术，可缩短传输路径，降低附载电阻和寄生电容，同时减少 I/O 驱动能力需求，从而进一步降低能源消耗。

 
华邦 CUBE 新产品线的减碳效果
高效能、低功耗设计与先进封装，进一步延伸 KGD 的优点。华邦全新 CUBE 产品结合先进制程和创新的低功耗电路设计，透过更高端的 2.5D 或 3D 封装技术，可助力客户在主流应用场景中实现边缘 AI 运算。在附载电阻和寄生电容进一步降低的情况下，内存产品将实现更高的运行效率和更低的能耗，成为兼具高效能、低延迟和低功耗的内存解决方案。
 

• CUBE 提供卓越的电源效率，功耗效能低于 1pJ/bit，能够确保延长运行时间并优化能源使用效率。
• 具备 256GB/s 至 1TB/s的带宽，CUBE 在性能表现上远超过行业标准。
• CUBE 拥有更小的外形尺寸。目前基于 20nm 工艺，可以提供每颗芯片 1-8Gb 容量，并计划于 2025 年引入 16nm 工艺。透过硅通孔（TSV）进一步增强性能，改善信号完整性、电源稳定性、同时缩小 I/O 面积至 9um pitch 并提升散热效果（当 CUBE 在下方、SoC 置上时尤为显著）。
• 当 SoC（位于上层且无TSV）堆栈于 CUBE（位于下层且有TSV）上时，则有机会缩小 SoC 芯片的尺寸, 从而节省 TSV 所需面积，能够为边缘 AI 设备带来更明显的成本优势。

 
制程技术演进与减碳效益

• 制程技术演进：透过制程技术持续改善与微缩工艺，增加每片晶圆的裸晶颗粒产出，有效降低单颗裸晶的生产碳排量。每个完整制程节点能将单颗裸晶的生产碳排量降低约 20%~35%。
• 改良制造工艺：华邦在 DRAM 制造过程中，持续优化工艺流程，包括减少制程步骤、提高材料利用率和改善制程设备的能源效率，这些措施相辅相成，大幅推动了生产过程中的节能减碳成效。

 
定制化解决方案(Customized Memory Solution, CMS)的节能减碳使命
除了利用再生能源生产产品，倾听客户需求、深入了解系统应用层面上的痛点及持续开发新产品以降低能耗，是定制化解决方案（CMS）极为重要且不可或缺的一环，是专为企业需求量身打造的内存解决方案。这些解决方案根据特定应用场景或环境的要求进行设计和优化，以提供最佳的性能、可靠性和成本效益。
 
定制化解决方案（CMS）通常涵盖以下几个方面：

1. 内存容量和速度：根据应用程序的需要，定制不同容量和速度的内存模块。
2. 内存类型：提供适合特定需求的内存类型供选择，如 DDR4、LPDDR4 等。
3. 电源管理：优化内存的功耗特性，以延长电池寿命并降低能源消耗。
4. 可靠性和耐用性：针对苛刻环境（如工业、医疗或军事应用）设计具备有更高耐用性和可靠性的内存。

 
这些定制解决方案通常由专业的内存供货商或制造商提供，并根据客户的具体需求进行设计和开发，确保最佳的整体效能和系统兼容性。
 
通过提升产品附加价值，实现稳定的销售及获利，是 CMS 持续努力的目标。未来，CMS 将推出更多高价值的产品，不仅满足客户在节能减碳方面的需求，还能为环保和可持续发展做出更大的贡献，共同打造更干净、绿色的未来环境。
 
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关于华邦电子
华邦电子为全球半导体存储解决方案领导厂商，主要业务包含产品设计、技术研发、晶圆制造、营销及售后服务，致力于提供客户全方位的利基型内存解决方案。华邦电子产品包含利基型动态随机存取内存、行动内存、编码型闪存和TrustME^® 安全闪存，广泛应用在通讯、消费性电子、工业用以及车用电子、计算机周边等领域。华邦电子总部位于中国台湾中部科学园区，在台中与高雄设有两座12寸晶圆厂，未来将持续导入自行开发的制程技术，为合作伙伴提供高质量的内存产品。此外，华邦在中国大陆及香港地区、美国、日本、以色列、德国等地均设有子公司，负责营销业务并为客户提供本地支持服务。
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