Глобалното търсене на силициеви чипове, вградено във всичко – от смартфони до телевизори до вятърни турбини, процъфтява, но то е с огромна цена: въглеродни емисии.
Индустрията представя парадокс. Изпълнението на глобалните цели в областта на климата ще зависи отчасти от полупроводниците. Те са неразделна част от електрически автомобили, слънчеви масиви и вятърни турбини. Но производството на чипове също допринася за климатична криза. Тя изисква много енергия и вода -- чип фабрики или платове могат да използват милиони галони вода на ден -- и произвежда опасни отпадъци.
Тъй като полупроводниковата индустрия се оказва под все по-голям контрол, тя започва да се справя с въздействието си върху климата. Миналата седмица TSMC, най-големият чипмейкър в света, който доставя Чипове на Apple, се ангажира да постигне нетни нулеви емисии до 2050 г. Председателят на TSMC заяви, че компанията има за цел да "разшири нашето зелено присъствие и да насочи индустрията към нисковъглеродно устойчиво развитие".
Но декарбонизацията на сектора ще бъде голямо предизвикателство.
Само TSMC използва близо 5 процента от общата електроенергия на Тайван, която се очаква да се повиши до 7.2 процента през 2022 г., използвайки около 63 милиона тона вода през 2019 г., според Greenpeace. Използването на вода на компанията стана спорна тема по време на сушата на Тайван тази година.
В САЩ заводът на Intel за 700 акра в Окотийо, Арис., генерира близо 15 000 тона отпадъци през първите три месеца на тази година, около 60% от които са опасни. Той също така консумира 927 милиона галона прясна вода, достатъчно, за да запълни някои 1400 олимпийски плувни басейна, и консумира 561 милиона киловат часа енергия.
Производството на чипове, а не потреблението на енергия или използването на хардуер, "представлява по-голямата част от въглеродните емисии от електронни устройства", пише изследователят на Харвардския университет Удит Гупта и съавтор в документ от 2020 г.
Глобалният недостиг на чипове от висок клас, тъй като пандемията увеличава търсенето на електроника и епидемията COVID-19 изключва фабовете, добави към фокуса върху индустрията.
В стегнат пазар автомобилните производители са се озовали в задната част на опашката с чипове, далеч зад по-големи клиенти на полупроводникови устройства като Apple, които използват чипове, за да осигурят изчислителна мощност за смартфони, лаптопи и други устройства. Gm спря производството в няколко от своите северноамерикански заводи този месец, докато Toyota каза, че ще намали производството си на превозни средства с 40 на сто през септември.
За да увеличат производството, много страни стартират големи програми за стимулиране на индустрията.
Законът за чиповете на САЩ предлага 52 милиарда долара за пет години за полупроводниковия отрасъл на САЩ. Европейският съюз представи свое собствено законодателство, което има за цел да увеличи своя дял от световния пазар на чипове до 20 процента до 2030 г. Председателят на Европейската комисия Урула фон дер Лейен го нарече "въпрос на технологичен суверенитет" в речта си за състоянието на Съюза.
Тези амбиции са потенциално в конфликт с международните цели в областта на климата. Европейският съюз и Съединените щати имат за цел да постигнат нетни нулеви въглеродни емисии до 2030 г. и нетни нулеви емисии до 2050 г. С разрастването на полупроводниковия отрасъл, така и въглеродните ѝ емисии.
Въпреки това, под натиск от страна на инвеститорите и производителите на електроника, нетърпеливи да докладват на клиентите по-екологосъобразни вериги на доставки, бизнесът с полупроводникови продукти засилва действията си за справяне с неговото въздействие върху климата.
"Наскоро започнах да виждам как въздействието ни върху околната среда напълно излиза на преден план", каза Сохини Дасгупта, главен инженер по дизайн в On Semiconductor.
Управителите на фондове все повече насърчават "зелените фондове", тъй като инвеститорите задават повече въпроси относно въздействието на компаниите върху околната среда, социалната и управленска дейност (ЕСГ), казва Марк Ли, полупроводникови анализатор в Бернщайн, инвестиционен посредник. "През последните три години инвестициите в ESG станаха много по-вокални", казва той, добавяйки, че това в крайна сметка ще промени начина, по който се държи компанията.
По-голямата наличност на енергия от възобновяеми източници помага на чипмейкърите да намалят въглеродните емисии. Intel се ангажира да получи 100 процента от енергията си от възобновяеми източници до 2030 г., както и TSMC, но с краен срок 2050.
Потреблението на енергия представлява 62 процента от емисиите на TSMC, според говорителя на TSMC Нина Као. Компанията миналата година подписа сделка с датската енергия? Rsted е подписал 20-годишно споразумение от? Rsted купува цялата енергия за офшорния вятърен парк 920 мегават, който строи в Тайванския проток.
Сделката, описана като най-голямото корпоративно споразумение за закупуване на енергия от възобновяеми източници в света, е добра за TSMC, каза Шаши Барла, анализатор на енергията от възобновяеми източници в консултантската дейност по енергетика Wood Mackenzie. Освен че осигурява чиста електроенергия, тя плаща разходи на едро и се отървава от ценовите сътресения, "убивайки две птици с един камък", казва той.
Клифтън Фонстад, професор по електротехника и компютърни науки в Масачузетския технологичен институт, заяви, че ходът на TSMC има потенциала да засегне индустрията и че "други производители биха могли да последват примера".
Питър Хенбъри, експерт в производството на полупроводници в Bain & Company, консултантската компания за управление, заяви, че производителите на чипове могат да подобрят ефективността на своите тъкани в допълнение към преминаването към възобновяема енергия. Чип завод е основно "огромен склад с чисти помещения вътре" и "най-лесната част за намаляване на емисиите е самото съоръжение", каза той.
Тъканите могат да регулират температурата на въздуха и водата, влажността и налягането по-ефективно. Те могат да сегментира склада, така че едната линия да има високо налягане, а другата линия да има ниско налягане, като използва по-малко енергия, отколкото да държи целия склад под високо налягане.
Те могат да уловят повече данни и да използват машинно обучение, за да изключат инструментите, когато не се използват, казва Huili Grace Xing, инженерен професор в Cornell Who работи върху полупроводникови материали.
Има и нововъведения, насочени към справяне с най-мръсните материали, използвани при направата на полупроводници. Чип индустрията използва различни газове в производствения си процес, много от които имат значително въздействие върху климата.
TSMC заяви, че е инсталирал скрубери и други съоръжения, за да се справи с емисиите. Но друг подход е да се заменят "по-мръсните" по-чисти газове, използвани за почистване на прецизни инструменти, използвани в производството на полупроводникови продукти, казва Майкъл Питлоф, химически инженер в Solvay Specialty Chemicals, който работи на полупроводникови газове.
В промишлени тестове с около половин дузина клиенти чипмейкъри през последните шест години, Каза Питлоф, той и екипът му са заменили по-мръсния газ с "по-чист" флуор, който има по-ниско въздействие на глобалното затопляне.
Други компании се стремят да ецват модели на вафли и да почистват повърхността на вафлите на газ - тънкия листов материал, използван за направата на полупроводници. Например Air Liquide, базирана в Париж компания за промишлени газове, предложи набор от алтернативни ецващи газове, които оказват по-малко въздействие върху глобалното затопляне.
Но замяната на газа ще бъде предизвикателство: След като тъканите се вдигнат и бягат, всичко, което докосва силициевите вафли, като ецване на газ, е трудно да се промени, каза Ханбъри. Този процес включва голяма прецизност. Фабовете трябва да поставят до 100 милиона транзистора върху вафли с размер на печат и те трябва да го направят перфектно. Отнема от 4 до 5 години фаб да разработи формула, каза Ханбъри и "след като я зададете, в общи линии не искате да я променяте".
Някои експерти смятат, че производителите на чипове ще започнат да модифицират процесите си, за да въведат по-екологични газове, особено ако големите компании предприемат действия." "Ако TSMC превключва, сигурен съм, че другите ще го направят", каза Фонстад. Ако TSMC не го направи, тогава други производители могат да се обърнат и да докажат, че са по-добри от TSMC. "
На някои наблюдатели на чип индустрията решимостта да я почистим изглежда реална. Ли заяви, че настоящото огромно търсене на чипове само ще помогне на полупроводниковата индустрия да постигне целите си за устойчиво развитие.
Имат високи маржове и печелят много пари. Така че дори всички тези мерки за зелен въглерод да имат цена, те могат да си го позволят. И все повече клиенти са готови да плащат повече за по-зелено оборудване, "каза той.