Мировой спрос на кремниевые чипы, встроенные во все, от смартфонов до телевизоров и ветряных турбин, быстро растет, но за это приходится огромная цена: выбросы углерода.
Индустрия представляет собой парадокс. Достижение глобальных климатических целей будет частично зависеть от полупроводников. Они являются неотъемлемой частью электромобилей, солнечных батарей и ветряных турбин. Но производство микросхем также способствует климатическому кризису. Это требует много энергии и воды - фабрики по производству микросхем могут использовать миллионы галлонов воды в день - и производит опасные отходы.
Поскольку полупроводниковая промышленность подвергается все более пристальному вниманию, она начинает бороться с ее воздействием на климат. На прошлой неделе TSMC, крупнейший производитель микросхем в мире, который поставляет чипы Apple, пообещал достичь нулевого уровня выбросов к 2050 году. Председатель TSMC&№39 сказал, что компания нацелена на&" ; расширять наше зеленое присутствие и вести отрасль к низкоуглеродному устойчивому развитию" ;.
Но декарбонизация сектора будет большой проблемой.
По данным Greenpeace, одна только TSMC использует почти 5 процентов всей электроэнергии Тайваня, которая, как ожидается, вырастет до 7,2 процента в 2022 году, используя около 63 миллионов тонн воды в 2019 году. Использование воды компанией&№39 стало спорной темой во время засухи на Тайване&№39 в этом году.
В США на заводе Intel&площадью 700 акров в Окотилло, штат Аризона, за первые три месяца этого года образовалось около 15 000 тонн отходов, около 60% из которых были опасными. Он также потребляет 927 миллионов галлонов пресной воды, чего достаточно, чтобы заполнить около 1400 олимпийских бассейнов, и 561 миллион киловатт-часов энергии.
Производство микросхем, а не потребление энергии или использование оборудования," составляет большую часть выбросов углерода от электронных устройств," Написал исследователь Гарвардского университета Удит Гупта и соавторы в статье 2020 года.
Глобальная нехватка высокопроизводительных чипов, поскольку пандемия увеличивает спрос на электронику, а из-за вспышки COVID-19 закрываются фабрики, повышается внимание к отрасли.
В условиях ограниченного рынка автопроизводители оказались в задней части очереди микросхем, далеко позади крупных заказчиков полупроводников, таких как Apple, которые используют микросхемы для обеспечения вычислительной мощности смартфонов, ноутбуков и других устройств. В этом месяце GM остановила производство на нескольких своих заводах в Северной Америке, а Toyota заявила, что сократит производство автомобилей на 40% в сентябре.
Чтобы увеличить производство, многие страны запускают крупные программы по развитию отрасли.
Закон США о микросхемах предлагает 52 миллиарда долларов в течение пяти лет для полупроводниковой промышленности США. Европейский Союз представил собственное законодательство, направленное на увеличение его доли на мировом рынке микросхем до 20 процентов к 2030 году. Президент Европейской комиссии Урсула фон дер Лейен назвала это вопросом технологического суверенитета &. в ее адресе государства Союза.
Эти амбиции потенциально противоречат международным климатическим целям. Европейский Союз и Соединенные Штаты стремятся достичь нулевых чистых выбросов углерода к 2030 году и нулевых чистых выбросов к 2050 году. По мере роста полупроводниковой промышленности будут расти и ее выбросы углерода.
Однако под давлением инвесторов и производителей электроники, стремящихся сообщить клиентам о более экологичных цепочках поставок, полупроводниковый бизнес активизирует свои действия по устранению своего воздействия на климат.
& quot; Недавно я' начал замечать, что наше влияние на окружающую среду полностью выходит на первый план," сказал Сохини Дасгупта, главный инженер-конструктор компании On Semiconductor.
Управляющие фондами все чаще продвигают" зеленые фонды" поскольку инвесторы задают больше вопросов о компаниях' «экологическое, социальное и корпоративное влияние», - говорит Марк Ли, аналитик по полупроводникам инвестиционной компании Bernstein." За последние три года инвестиции в ESG стали намного громче," - говорит он, добавляя, что в конечном итоге это изменит поведение компании.
Повышение доступности возобновляемых источников энергии помогает производителям микросхем сократить выбросы углерода. Intel пообещала к 2030 году получать 100 процентов своей энергии из возобновляемых источников, как и TSMC, но с крайним сроком в 2050 году.
По словам представителя TSMC Нины Као, на потребление энергии приходится 62% выбросов TSMC' Компания в прошлом году подписала сделку с датской энергетикой? Rsted подписал 20-летний договор от? Rsted покупает всю энергию для морской ветряной электростанции мощностью 920 мегаватт, которую она строит в Тайваньском проливе.
По словам Шаши Барла, аналитика по возобновляемым источникам энергии консалтинговой компании Wood Mackenzie, эта сделка, названная крупнейшим в мире соглашением о покупке возобновляемых источников энергии, выгодна TSMC. Помимо обеспечения чистой электроэнергии, он оплачивает оптовые расходы и избавляется от скачков цен,&"убивая двух зайцев &", - говорит он.
Клифтон Фонстад, профессор электротехники и информатики в Массачусетском технологическом институте, сказал, что этот шаг TSMC&может повлиять на отрасль и что другие производители могут последовать его примеру &. quot ;.
Питер Хэнбери, эксперт по производству полупроводников в Bain& Компания, занимающаяся управленческим консультированием, заявила, что производители микросхем могут повысить эффективность своих предприятий в дополнение к переходу на возобновляемые источники энергии. Завод по производству микросхем - это в основном" огромный склад с чистыми помещениями внутри" и" самая легкая часть для сокращения выбросов - это сам объект," он сказал.
Эти фабрики могут более эффективно регулировать температуру, влажность и давление воздуха и воды. Они могут сегментировать склад таким образом, чтобы одна линия имела высокое давление, а другая - низкое, используя меньше энергии, чем поддержание всего склада под высоким давлением.
«Они могут собирать больше данных и использовать машинное обучение, чтобы отключать инструменты, когда они не используются», - говорит Хуили Грейс Син, профессор инженерных наук из Корнелла, работающая с полупроводниковыми материалами.
Также существуют инновации, направленные на устранение самых грязных материалов, используемых при производстве полупроводников. В производстве микросхем используются различные газы, многие из которых оказывают значительное влияние на климат.
TSMC заявила, что установила скрубберы и другие средства для борьбы с выбросами. Но другой подход состоит в том, чтобы заменить&"более грязным &"; чистые газы, используемые для очистки прецизионных инструментов, используемых в производстве полупроводников, - говорит Майкл Питлофф, инженер-химик из Solvay Specialty Chemicals, работающий с полупроводниковыми газами.
По словам Питлоффа, в ходе промышленных испытаний с участием примерно полдюжины клиентов-производителей микросхем за последние шесть лет он и его команда заменили более грязный газ на" более чистый" фтор, который оказывает меньшее влияние на глобальное потепление.
Другие компании стремятся травить узоры на пластинах и очищать поверхность пластин от газа - тонкого листового материала, используемого для изготовления полупроводников. Например, Air Liquide, парижская компания по производству промышленных газов, предложила ряд альтернативных травильных газов, которые в меньшей степени влияют на глобальное потепление.
Но замена газа будет сложной задачей: как только фабрики заработают, все, что касается кремниевых пластин, например травильный газ, будет трудно изменить, сказал Хэнбери. Этот процесс требует большой точности. Производители должны разместить до 100 миллионов транзисторов на пластинах размером с марку, и они должны делать это безупречно. По словам Хэнбери, фабрике требуется от четырех до пяти лет, чтобы разработать формулу, и" как только вы ее зададите, вы, по сути, не' не захотите ее менять."
Некоторые эксперты считают, что производители микросхем начнут изменять свои процессы, чтобы вводить более экологически чистые газы, особенно если крупные компании примут меры."" Если TSMC переключится, я' уверен, что другие сделают это," - сказал Фонстад. Если TSMC этого не сделает, другие производители могут повернуться и доказать, что они лучше TSMC."
Некоторым обозревателям индустрии микросхем решимость очистить ее кажется реальной. Ли сказал, что нынешний огромный спрос на микросхемы только поможет полупроводниковой промышленности достичь целей устойчивого развития.
У них высокая маржа, и они зарабатывают много денег. Так что, даже если все эти меры по экологическому выбросу углерода имеют свою цену, они могут себе это позволить. «И все больше и больше клиентов готовы платить больше за более экологичное оборудование», - сказал он.