綠色設(shè)計(jì)：工程師不可回避的時(shí)代命題

　　半導(dǎo)體技術(shù)為節(jié)能做出重大貢獻(xiàn)

　　集成電路的發(fā)明與產(chǎn)業(yè)發(fā)展將人類(lèi)社會(huì)帶進(jìn)了信息時(shí)代，以集成電路為基礎(chǔ)的信息產(chǎn)業(yè)已經(jīng)成為世界第一大產(chǎn)業(yè)。與此同時(shí)，半導(dǎo)體技術(shù)在開(kāi)發(fā)新能源、提高能源效率等方面都發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用。美國(guó)節(jié)能經(jīng)濟(jì)委員會(huì)在2009年發(fā)表的《半導(dǎo)體技術(shù)美國(guó)能源生產(chǎn)力革新的希望》研究報(bào)告中指出，基于過(guò)去半導(dǎo)體技術(shù)對(duì)節(jié)能的貢獻(xiàn)，預(yù)計(jì)到2030年全美將節(jié)省27%的能量。

　　據(jù)美國(guó)能源情報(bào)署預(yù)測(cè)，如繼續(xù)保持電器產(chǎn)品的效率不變，那么到2030年，美國(guó)全年用電量將比使用節(jié)能型家電產(chǎn)品高出1.896×109kW•h;而如果政府大力支持節(jié)能家電的使用并推出相關(guān)政策的話(huà)，則還能夠節(jié)省電力約1.242×109kW•h!

　　以半導(dǎo)體技術(shù)推動(dòng)下的智能電網(wǎng)為例，據(jù)國(guó)網(wǎng)能源研究院電力供需實(shí)驗(yàn)室預(yù)測(cè)，2011-2020年，電網(wǎng)智能化可使全社會(huì)最高用電負(fù)荷下降約4900萬(wàn)kW，假設(shè)每下降1kW少建設(shè)1kVA變電容量，按3700元/kVA電網(wǎng)設(shè)備投資造價(jià)測(cè)算，可減少電網(wǎng)建設(shè)投資需求約1800億元。

　　如此這般，半導(dǎo)體技術(shù)支撐下的智能社區(qū)、智能交通、智能家居、智能工廠等等，同樣將為節(jié)能型社會(huì)做出巨大貢獻(xiàn)。

　　綠色設(shè)計(jì)漸成潮流

　　對(duì)于應(yīng)用電子工程師而言，“綠色設(shè)計(jì)”不僅僅意味著使用符合RoHS環(huán)保法規(guī)的元器件，更為重要的是設(shè)計(jì)出工作穩(wěn)定、性能可靠、功能強(qiáng)大、質(zhì)量?jī)?yōu)良、經(jīng)濟(jì)耐用的電子產(chǎn)品，因此電子設(shè)計(jì)同樣也要倡導(dǎo)“綠色設(shè)計(jì)”。

　　安陽(yáng)工學(xué)院電子信息與電氣工程學(xué)院副院長(zhǎng)秦長(zhǎng)海教授認(rèn)為，真正做到“綠色設(shè)計(jì)”并不容易，一方面要求工程師擁有深厚的設(shè)計(jì)理念和設(shè)計(jì)水平，同時(shí)要把它當(dāng)成一種習(xí)慣。這需要從學(xué)生時(shí)代就要開(kāi)始進(jìn)行“綠色設(shè)計(jì)”理念的培育，養(yǎng)成節(jié)能為先的設(shè)計(jì)習(xí)慣，運(yùn)用更為合理的電路設(shè)計(jì)來(lái)達(dá)到系統(tǒng)低功耗的目標(biāo)，最終做到“綠色設(shè)計(jì)”。

　　微控制器要當(dāng)節(jié)能先鋒

　　應(yīng)用電子工程師在實(shí)現(xiàn)綠色電子設(shè)計(jì)的過(guò)程中，離不開(kāi)低功耗的電子零部件，作為電子系統(tǒng)的核心部件，微控制器當(dāng)仁不讓地成為節(jié)能先鋒。工業(yè)和信息化部軟件與集成電路促進(jìn)中心集成電路部衣豐濤副主任表示，美國(guó)一個(gè)家庭中可能擁有24個(gè)或更多的微處理器芯片，一輛汽車(chē)中共包含50個(gè)甚至更多的微控制器。初步估算，一個(gè)家庭IT產(chǎn)品的能耗已經(jīng)接近照明。

　　據(jù)賽迪顧問(wèn)半導(dǎo)體業(yè)務(wù)群總監(jiān)李軻提供的數(shù)據(jù)顯示，2010年中國(guó)MCU市場(chǎng)整體銷(xiāo)售額高整增長(zhǎng)30.5%，達(dá)到了218.5億元人民幣，預(yù)計(jì)未來(lái)三年持續(xù)保持快速增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)，2013年銷(xiāo)售額將達(dá)到328.7億元人民幣。

　　因此，圍繞微控制器來(lái)做好系統(tǒng)節(jié)能設(shè)計(jì)，成為工程師必須率先考慮的項(xiàng)目。購(gòu)買(mǎi)一款高性能、低功耗的微控制器替代原有器件，雖然單個(gè)器件的成本可能會(huì)增加，但是由于新型微控制器可能會(huì)減少其他元器件的數(shù)量，從而使總體成本得到降低，同時(shí)還得到了系統(tǒng)性能的提升。

　　最后，用中國(guó)科學(xué)院院士、北京大學(xué)微電子研究院首席科學(xué)家王陽(yáng)元的一段話(huà)作為本篇文章的結(jié)尾，王陽(yáng)元院士在其主編的《綠色微納電子學(xué)》一書(shū)中有這樣一段論述：未來(lái)集成電路產(chǎn)業(yè)和科學(xué)技術(shù)發(fā)展的驅(qū)動(dòng)力是降低功耗，不再僅以提高集成度即減小特征尺寸為技術(shù)節(jié)點(diǎn)，而以提高器件、電路與系統(tǒng)的性能與功耗比作為標(biāo)尺。