Den globale etterspørselen etter silisiumbrikker, innebygd i alt fra smarttelefoner til TVS til vindturbiner, blomstrer, men det koster store kostnader: karbonutslipp.
Industrien presenterer et paradoks. Å nå globale klimamål vil delvis avhenge av halvledere. De er en integrert del av elbiler, solceller og vindturbiner. Men chipproduksjon bidrar også til klimakrisen. Det krever mye energi og vann - flisfabrikker eller fabrikker kan bruke millioner av liter vann om dagen - og produserer farlig avfall.
Etter hvert som halvlederindustrien blir stadig mer undersøkt, begynner den å håndtere sin klimapåvirkning. Forrige uke lovet TSMC, verdens' s chipmaker, som leverer chips til Apple, å oppnå netto nullutslipp innen 2050. TSMC' s leder sa at selskapet hadde som mål å&; utvide vår grønne tilstedeværelse og drive industrien mot bærekraftig utvikling med lav karbonutvikling" ;.
Men å avkarbonisere sektoren vil være en stor utfordring.
TSMC alene bruker nesten 5 prosent av Taiwans&totale strøm, som forventes å stige til 7,2 prosent i 2022, og bruker omtrent 63 millioner tonn vann i 2019, ifølge Greenpeace. Selskapets&vannbruk ble et kontroversielt tema under Taiwan' s tørke i år.
I USA genererte Intel&sitt 700 mål store anlegg i Ocotillo, Ariz., Nesten 15 000 tonn avfall de første tre månedene i år, hvorav 60% var farlig. Den bruker også 927 millioner liter ferskvann, nok til å fylle rundt 1400 olympiske bassenger, og bruker 561 millioner kilowattimer energi.
Chip -produksjon, i stedet for energiforbruk eller maskinvarebruk," står for størstedelen av karbonutslippene fra elektroniske enheter," Skrev forsker ved Harvard University Udit Gupta og medforfattere i et papir i 2020.
En global mangel på avanserte sjetonger ettersom pandemien øker etterspørselen etter elektronikk og COVID-19-utbruddet slår av fabrikk, har økt fokus på industrien.
I et stramt marked har bilprodusentene befunnet seg bak i brikkekøen, langt bak større halvlederkunder som Apple, som bruker sjetonger for å levere datakraft for smarttelefoner, bærbare datamaskiner og andre enheter. Gm stoppet produksjonen ved flere av sine nordamerikanske fabrikker denne måneden, mens Toyota sa at den ville kutte bilproduksjonen med 40 prosent i september.
For å øke produksjonen lanserer mange land store programmer for å øke næringen.
US Chip Act foreslår 52 milliarder dollar over fem år for den amerikanske halvlederindustrien. EU har lagt fram sin egen lovgivning som tar sikte på å øke sin andel av det globale chipmarkedet til 20 prosent innen 2030. EU -kommisjonens president Ursula von der Leyen kalte det et" spørsmål om teknologisk suverenitet" i hennes State of the Union -adresse.
Disse ambisjonene er potensielt i konflikt med internasjonale klimamål. EU og USA tar sikte på å oppnå netto null karbonutslipp innen 2030 og netto nullutslipp innen 2050. Etter hvert som halvlederindustrien vokser, vil også karbonutslippene øke.
Under press fra investorer og elektronikkprodusenter som er ivrige etter å rapportere grønnere forsyningskjeder til kundene, har imidlertid halvledervirksomheten trappet opp tiltakene for å håndtere klimaeffekten.
& quot; Nylig har jeg' begynt å se vår innvirkning på miljøet helt komme i forkant," sa Sohini Dasgupta, hoveddesigningeniør i On Semiconductor.
Fondforvaltere markedsfører i økende grad" greenfunds" etter hvert som investorer stiller flere spørsmål om selskaper' miljø-, sosial- og styringspåvirkning (ESG), sier Mark Li, halvlederanalytiker i et investeringsselskap Bernstein." De siste tre årene har ESG -investeringer blitt mye mer vokale," sier han og legger til at dette til slutt vil endre måten selskapet oppfører seg på.
Den større tilgjengeligheten av fornybar energi hjelper chipmakere med å redusere karbonutslipp. Intel har lovet å få 100 prosent av energien sin fra fornybare kilder innen 2030, det samme har TSMC, men med en frist på 2050.
Energiforbruket står for 62 prosent av TSMC&#utslipp, ifølge TSMC talskvinne Nina Kao. Selskapet inngikk i fjor en avtale med dansk energi? Rsted har signert en 20-årig avtale fra? Rsted kjøper all energien til vindmølleparken på 920 megawatt som den bygger i Taiwansundet.
Avtalen, beskrevet som verdens' s avtale om kjøp av fornybar energi, er bra for TSMC, sa Shashi Barla, fornybar energianalytiker ved energikonsulenten Wood Mackenzie. I tillegg til å sikre ren elektrisitet, betaler den engroskostnader og blir kvitt prissjokk," dreper to fugler i ett smekk" ;, sier han.
Clifton Fonstad, professor i elektroteknikk og informatikk ved Massachusetts Institute of Technology, sa at TSMC&s trekk hadde potensial til å påvirke bransjen og at&andre produsenter kunne følge etter" ;.
Peter Hanbury, ekspert på halvlederproduksjon i Bain& Selskapet, ledelseskonsulenten, sa at chipprodusenter kan forbedre effektiviteten til fabrikkene sine i tillegg til å bytte til fornybar energi. Et chip -anlegg er i utgangspunktet" et stort lager med rene rom inne i" og" den enkleste delen for å redusere utslipp er selve anlegget," han sa.
Fabs kan regulere luft- og vanntemperatur, fuktighet og trykk mer effektivt. De kan segmentere lageret slik at den ene linjen har høyt trykk og den andre linjen har lavt trykk, bruker mindre energi enn å holde hele lageret under høyt trykk.
De kan fange inn mer data og bruke maskinlæring til å slå av verktøy når de ikke er i bruk, sier Huili Grace Xing, ingeniørprofessor ved Cornell Who som jobber med halvledermaterialer.
Det er også nyvinninger som tar sikte på å ta opp de skitneste materialene som brukes til å lage halvledere. Chipsindustrien bruker forskjellige gasser i produksjonsprosessen, hvorav mange har en betydelig innvirkning på klimaet.
TSMC sa at de hadde installert skrubber og andre fasiliteter for å håndtere utslippene. Men en annen tilnærming er å erstatte" skittenere" renere gasser som brukes til å rengjøre presisjonsverktøy som brukes i halvlederproduksjon, sier Michael Pitloff, en kjemisk ingeniør ved Solvay Specialty Chemicals som jobber med halvledergasser.
I industrielle tester med omtrent et halvt dusin chipmaker -kunder i løpet av de siste seks årene, sa Pitloff, har han og teamet hans erstattet den mer skitne gassen med" renere" fluor, som har en lavere global oppvarmingseffekt.
Andre selskaper tar sikte på å etse mønstre på skiver og rense overflaten på skivene for gass - det tynne arkmaterialet som brukes til å lage halvledere. For eksempel har Air Liquide, et Paris-basert industrigasselskap, foreslått en rekke alternative etsegasser som har en mindre innvirkning på den globale oppvarmingen.
Men å bytte ut gassen vil være en utfordring: Når fabs er i gang, er det vanskelig å endre alt som berører silisiumskivene, for eksempel etsegass, sa Hanbury. Denne prosessen innebærer mye presisjon. Fabs må plassere opptil 100 millioner transistorer på skiver i frimerkestørrelse, og de må gjøre det perfekt. Det tar fire til fem år for en fab å utvikle en formel, sa Hanbury, og" når du har satt den, vil du i utgangspunktet ikke' endre den."
Noen eksperter tror at chipprodusenter vil begynne å endre prosessene sine for å introdusere mer miljøvennlige gasser, spesielt hvis store selskaper iverksetter tiltak."" Hvis TSMC bytter, er jeg' sikker på at andre vil" Sa Fonstad. Hvis TSMC ikke gjør det, kan andre produsenter snu og bevise at de er bedre enn TSMC."
For noen observatører av brikkeindustrien virker besluttsomheten om å rydde opp i det virkelige. Li sa at den nåværende store etterspørselen etter chips bare vil hjelpe halvlederindustrien med å nå sine bærekraftige utviklingsmål.
De har høye marginer og tjener mye penger. Så selv om alle disse grønne karbon -tiltakene har en kostnad, har de råd til det. Og flere og flere kunder er villige til å betale mer for grønnere utstyr, &, sa han.