Cererea globală de cipuri de siliciu, încorporate în orice, de la smartphone-uri la TVS la turbine eoliene, este în plină expansiune, dar vine la un cost uriaș: emisiile de carbon.
Industria prezintă un paradox. Îndeplinirea obiectivelor climatice globale va depinde în parte de semiconductori. Acestea fac parte integrantă din mașinile electrice, panourile solare și turbinele eoliene. Dar producția de cipuri contribuie, de asemenea, la criza climatică. Este nevoie de multă energie și apă -- fabricile de cipuri sau faburile pot folosi milioane de galoane de apă pe zi -- și produc deșeuri periculoase.
Pe măsură ce industria semiconductorilor se află sub un control din ce în ce mai mare, aceasta începe să se ocupe de impactul său asupra climei. Săptămâna trecută, TSMC, cel mai mare producător de cipuri din lume, care furnizează cipuri apple, s-a angajat să atingă zero emisii nete până în 2050. Președintele TSMC a declarat că compania și-a propus "să extindă prezența noastră ecologică și să conducă industria către o dezvoltare durabilă cu emisii reduse de carbon".
Dar decarbonizarea sectorului va fi o mare provocare.
Numai TSMC utilizează aproape 5% din energia electrică totală a Taiwanului, care se preconizează că va crește la 7,2% în 2022, folosind aproximativ 63 de milioane de tone de apă în 2019, potrivit Greenpeace. Utilizarea apei de către companie a devenit un subiect controversat în timpul secetei din Taiwan din acest an.
În SUA, uzina intel de 700 de acri din Ocotillo, Ariz., a generat aproape 15.000 de tone de deșeuri în primele trei luni ale acestui an, dintre care aproximativ 60% au fost periculoase. De asemenea, consumă 927 de milioane de galoane de apă proaspătă, suficient pentru a umple aproximativ 1.400 de piscine olimpice și consumă 561 de milioane de kilowați de ore de energie.
Fabricarea cipurilor, mai degrabă decât consumul de energie sau utilizarea hardware-ului, "reprezintă majoritatea emisiilor de carbon de la dispozitivele electronice", a scris cercetătorul Udit Gupta de la Universitatea Harvard și coautorii într-o lucrare din 2020.
O penurie globală de cipuri high-end pe măsură ce pandemia crește cererea de electronice, iar epidemia de COVID-19 închide faburile, s-a adăugat accentului pe industrie.
Într-o piață strânsă, producătorii auto s-au trezit în spatele cozii de cipuri, cu mult în urma unor clienți mai mari de semiconductori precum Apple, care folosesc cipuri pentru a oferi putere de calcul pentru smartphone-uri, laptopuri și alte dispozitive. Gm a oprit producția la mai multe dintre uzinele sale nord-americane în această lună, în timp ce Toyota a declarat că își va reduce producția de vehicule cu 40% în septembrie.
Pentru a crește producția, multe țări lansează programe mari pentru a stimula industria.
Legea cipurilor din SUA propune 52 de miliarde de dolari pe parcursul a cinci ani pentru industria semiconductorilor din SUA. Uniunea Europeană și-a prezentat propria legislație menită să crească cota sa de piață globală a cipurilor la 20% până în 2030. Președinta Comisiei Europene, Ursula von der Leyen, a numit-o o "chestiune de suveranitate tehnologică" în discursul său privind starea Uniunii.
Aceste ambiții sunt potențial în conflict cu obiectivele internaționale în materie de climă. Uniunea Europeană și Statele Unite își propun să atingă un nivel net al emisiilor de carbon egal cu zero până în 2030 și al unui nivel net al emisiilor zero până în 2050. Pe măsură ce industria semiconductorilor crește, la fel și emisiile sale de carbon.
Cu toate acestea, sub presiunea investitorilor și a producătorilor de electronice dornici să raporteze clienților lanțuri de aprovizionare mai ecologice, afacerea cu semiconductori și-a intensificat acțiunile pentru a aborda impactul său asupra climei.
"Recent, am început să văd impactul nostru asupra mediului complet ajuns în prim-plan", a declarat Sohini Dasgupta, inginer principal de proiectare la On Semiconductor.
Administratorii de fonduri promovează din ce în ce mai mult "fondurile verzi", pe măsură ce investitorii pun mai multe întrebări despre impactul companiilor asupra mediului, social și de guvernanță (ESG), spune Mark Li, analist semiconductor la Bernstein, o firmă de investiții. "În ultimii trei ani, investițiile ESG au devenit mult mai vocale", spune el, adăugând că acest lucru va schimba în cele din urmă modul în care se comportă compania.
Disponibilitatea mai mare a energiei regenerabile ajută producătorii de cipuri să reducă emisiile de carbon. Intel s-a angajat să obțină 100% din energia sa din surse regenerabile până în 2030, la fel ca și TSMC, dar cu un termen limită de 2050.
Consumul de energie reprezintă 62% din emisiile TSMC, potrivit purtătoarei de cuvânt a TSMC, Nina Kao. Compania a semnat anul trecut un acord cu energia daneză? Rsted a semnat un acord pe 20 de ani de la? Rsted cumpără toată energia pentru ferma eoliană offshore de 920 de megawați pe care o construiește în strâmtoarea Taiwan.
Afacerea, descrisă ca fiind cel mai mare acord corporativ de achiziție de energie regenerabilă din lume, este bună pentru TSMC, a declarat Shashi Barla, analist de energie regenerabilă la consultanța în domeniul energiei Wood Mackenzie. Pe lângă asigurarea energiei electrice curate, acesta plătește costurile cu ridicata și scapă de șocurile prețurilor, "ucigând două păsări cu o singură piatră", spune el.
Clifton Fonstad, profesor de inginerie electrică și informatică la Massachusetts Institute of Technology, a declarat că mutarea TSMC are potențialul de a afecta industria și că "alți producători ar putea urma exemplul".
Peter Hanbury, expert în fabricarea semiconductoarelor la Bain & Company, consultanța în management, a declarat că producătorii de cipuri ar putea îmbunătăți eficiența faburilor lor, pe lângă trecerea la energia regenerabilă. O fabrică de cipuri este practic "un depozit imens cu camere curate în interior" și "cea mai ușoară parte pentru a reduce emisiile este instalația în sine", a spus el.
Fabs poate regla temperatura aerului și a apei, umiditatea și presiunea mai eficient. Acestea pot segmenta depozitul astfel încât o linie să aibă o presiune ridicată, iar cealaltă linie să aibă presiune scăzută, folosind mai puțină energie decât menținerea întregului depozit sub presiune ridicată.
Ei pot capta mai multe date și pot folosi învățarea automată pentru a dezactiva instrumentele atunci când nu sunt utilizate, spune Huili Grace Xing, profesor de inginerie la Cornell Who, care lucrează la materiale semiconductoare.
Există, de asemenea, inovații menite să abordeze cele mai murdare materiale utilizate la fabricarea semiconductorilor. Industria cipurilor utilizează gaze diferite în procesul său de fabricație, dintre care multe au un impact semnificativ asupra climei.
TSMC a spus că a instalat scrubere și alte facilități pentru a face față emisiilor. Dar o altă abordare este înlocuirea gazelor mai curate "mai murdare" utilizate pentru curățarea instrumentelor de precizie utilizate în fabricarea semiconductorilor, spune Michael Pitloff, inginer chimist la Solvay Specialty Chemicals, care lucrează la gaze semiconductoare.
În testele industriale cu aproximativ o jumătate de duzină de clienți producători de cipuri în ultimii șase ani, Pitloff a spus că el și echipa sa au înlocuit gazul mai murdar cu fluor "mai curat", care are un impact mai mic asupra încălzirii globale.
Alte companii urmăresc să graveze modele pe plăcuțe și să curețe suprafața plăcuțelor de gaz - materialul subțire de tablă folosit pentru a face semiconductori. De exemplu, Air Liquide, o companie de gaze industriale cu sediul la Paris, a propus o serie de gaze alternative de gravare care au un impact mai mic asupra încălzirii globale.
Dar înlocuirea gazului va fi o provocare: Odată ce faburile sunt în funcțiune, orice atinge plăcuțele de siliciu, cum ar fi gazul gravat, este greu de schimbat, a spus Hanbury. Acest proces implică o mare precizie. Fabs trebuie să plaseze până la 100 de milioane de tranzistori pe plăcuțe de dimensiuni de ștampilă și trebuie să o facă perfect. Este nevoie de patru până la cinci ani pentru ca o fab să dezvolte o formulă, a spus Hanbury, și "odată ce ai setat-o, practic nu vrei să o schimbi".
Unii experți cred că producătorii de cipuri vor începe să își modifice procesele pentru a introduce gaze mai ecologice, mai ales dacă marile companii iau măsuri." "Dacă TSMC comută, sunt sigur că alții o vor face", a spus Fonstad. Dacă TSMC nu face acest lucru, atunci alți producători se pot întoarce și pot dovedi că sunt mai buni decât TSMC. "
Pentru unii observatori ai industriei cipurilor, determinarea de a o curăța pare reală. Li a spus că cererea actuală uriașă de cipuri va ajuta doar industria semiconductorilor să-și atingă obiectivele de dezvoltare durabilă.
Ei au marje mari și să facă o mulțime de bani. Deci, chiar dacă toate aceste măsuri de carbon verde au un cost, ei își pot permite acest lucru. Și tot mai mulți clienți sunt dispuși să plătească mai mult pentru echipamente mai ecologice", a spus el.