全球?qū)?a class="innerlink" href="http://www.jysgc.com/tags/硅芯片" target="_blank">硅芯片的需求正在蓬勃發(fā)展，從智能手機(jī)、電視到風(fēng)力渦輪機(jī)都嵌入了硅芯片，但它付出了巨大的代價(jià)：碳排放。
行業(yè)呈現(xiàn)出一個(gè)悖論。實(shí)現(xiàn)全球氣候目標(biāo)將部分依賴于半導(dǎo)體。它們是電動(dòng)汽車、太陽能電池陣列和風(fēng)力渦輪機(jī)不可或缺的一部分。但芯片制造也助長了氣候危機(jī)。它需要大量的能源和水——芯片制造廠或晶圓廠每天可以使用數(shù)百萬加侖的水——并且會產(chǎn)生危險(xiǎn)廢物。
隨著半導(dǎo)體行業(yè)發(fā)現(xiàn)自己越來越受到關(guān)注，它開始應(yīng)對其氣候影響。上周，為蘋果供應(yīng)芯片的全球最大芯片制造商臺積電承諾到2050 年實(shí)現(xiàn)凈零排放。臺積電主席表示，該公司旨在“擴(kuò)大我們的綠色影響力，推動(dòng)行業(yè)走向低碳可持續(xù)發(fā)展”。
但該行業(yè)的脫碳將是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。
根據(jù)綠色和平組織的數(shù)據(jù)，僅臺積電就使用了臺灣地區(qū)全部電力的近 5%，預(yù)計(jì)2022 年將上升至 7.2% ，2019年使用約6300 萬噸水。該公司的用水在今年臺灣干旱期間成為一個(gè)有爭議的話題。
在美國，英特爾在亞利桑那州奧科蒂洛占地 700 英畝的工廠在今年前三個(gè)月產(chǎn)生了近 15,000 噸廢物，其中約 60% 是危險(xiǎn)的。它還消耗了 9.27 億加侖淡水，足以填滿約 1,400 個(gè)奧林匹克游泳池，并消耗 5.61 億千瓦時(shí)的能源。
哈佛大學(xué)研究員 Udit Gupta 及其合著者在 2020 年的一篇論文中寫道，芯片制造，而不是能源消耗或硬件使用，“占了電子設(shè)備的大部分碳排放” 。
由于大流行增加了對電子產(chǎn)品的需求以及 Covid 爆發(fā)關(guān)閉了晶圓廠，全球高端芯片短缺，這增加了對該行業(yè)的關(guān)注。
在緊張的市場中，汽車制造商發(fā)現(xiàn)自己排在芯片隊(duì)列的后面，遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于蘋果等規(guī)模更大的半導(dǎo)體客戶，后者使用芯片為智能手機(jī)、筆記本電腦和其他設(shè)備提供計(jì)算能力。通用汽車本月停止了其北美幾家工廠的生產(chǎn)，而豐田則表示將在 9 月份將其汽車產(chǎn)量削減40%。
為了增加產(chǎn)量，許多國家正在啟動(dòng)大型計(jì)劃以促進(jìn)該行業(yè)的發(fā)展。
美國芯片法案提議在五年內(nèi)為美國半導(dǎo)體行業(yè)提供 520 億美元的資金。歐盟已經(jīng)提交了自己的立法，旨在到 2030 年將其在全球芯片市場的份額提高到 20%。歐盟委員會主席烏爾蘇拉·馮德萊恩在她的歐盟國情咨文中稱其為“技術(shù)主權(quán)問題”。
這些雄心與國際氣候目標(biāo)存在潛在沖突。歐盟和美國的目標(biāo)是到 2030 年實(shí)現(xiàn)凈零碳排放，到2050年實(shí)現(xiàn)凈零碳排放。隨著半導(dǎo)體行業(yè)的發(fā)展，其碳排放也將增長。
然而，在投資者和電子制造商渴望向客戶報(bào)告更環(huán)保的供應(yīng)鏈的壓力下，半導(dǎo)體業(yè)務(wù)一直在加大行動(dòng)以應(yīng)對其對氣候的影響。
安森美半導(dǎo)體首席設(shè)計(jì)工程師 Sohini Dasgupta 表示：“最近，我開始看到我們對環(huán)境的影響完全成為首要問題。
投資公司 Bernstein 的半導(dǎo)體分析師 Mark Li 表示，基金經(jīng)理越來越多地推銷”綠色基金“，投資者對公司的環(huán)境、社會和治理 （ESG） 影響提出了更多問題?！边^去三年，ESG 投資的聲音比以前大了很多，“他補(bǔ)充說，這最終會改變公司的行為方式。
可再生能源的更多可用性正在幫助芯片制造商減少碳排放。英特爾承諾到 2030 年 100% 的能源來自可再生能源，臺積電也是如此，但截止日期為 2050 年。
臺積電發(fā)言人 Nina Kao 表示，能源消耗占臺積電排放量的 62%。該公司去年與丹麥能源公司 ?rsted 簽署了一項(xiàng)為期 20 年的協(xié)議，從 ?rsted 在臺灣海峽建造的 920 兆瓦海上風(fēng)電場購買所有能源。
能源咨詢公司 Wood Mackenzie 的可再生能源分析師 Shashi Barla 表示，該交易被稱為全球最大的企業(yè)可再生能源采購協(xié)議，對臺積電有利。他說，除了保證清潔的電力供應(yīng)外，它還支付批發(fā)成本并擺脫價(jià)格沖擊，”一石二鳥“。
麻省理工學(xué)院電氣工程和計(jì)算機(jī)科學(xué)教授 Clifton Fonstad 表示，臺積電的行動(dòng)有可能影響整個(gè)行業(yè)，”其它制造商可能會效仿“。
管理咨詢公司貝恩公司 （Bain & Company） 的半導(dǎo)體制造專家彼得漢伯里 （Peter Hanbury） 表示，除了轉(zhuǎn)向可再生能源，芯片制造商還可以提高晶圓廠的效率。他說，芯片工廠基本上是”一個(gè)內(nèi)部有潔凈室的巨大倉庫“，而要減少排放，”最簡單的部分是設(shè)施本身“。
晶圓廠可以更有效地調(diào)節(jié)空氣和水溫、濕度和壓力。他們可以對倉庫進(jìn)行分段，這樣一條生產(chǎn)線的壓力就高，而另一條生產(chǎn)線的壓力較低，與將整個(gè)倉庫保持在高壓下相比，使用的能源更少。
康奈爾大學(xué)從事半導(dǎo)體材料研究的工程學(xué)教授 Huili Grace Xing 說，它們可以捕獲更多數(shù)據(jù)并使用機(jī)器學(xué)習(xí)在不使用時(shí)關(guān)閉工具。
還有旨在解決 制造半導(dǎo)體中使用的污染最嚴(yán)重的材料的創(chuàng)新。芯片行業(yè)在生產(chǎn)過程中使用不同的氣體，其中許多氣體對氣候產(chǎn)生重大影響。
臺積電表示，它已經(jīng)安裝了洗滌器和其他設(shè)施來處理氣體排放。但另一種方法是更換”更臟“的清潔氣體，這些清潔氣體用于清潔半導(dǎo)體制造中的精密工具，索爾維特殊化學(xué)品公司從事半導(dǎo)體氣體研究的化學(xué)工程師邁克爾皮特羅夫說。
皮特羅夫說，在過去六年對大約六家芯片制造商客戶的工業(yè)測試中，他和他的團(tuán)隊(duì)用”更清潔“的氟取代了污染更多的氣體，對全球變暖的影響更低。
其他公司的目標(biāo)是用于在晶片上蝕刻圖案并清潔硅片表面的氣體——用于制造半導(dǎo)體的薄片材料。例如，總部位于巴黎的工業(yè)氣體公司 Air Liquide 已經(jīng)提出了一系列對全球變暖影響較小的替代蝕刻氣體。
但更換氣體將是一個(gè)挑戰(zhàn)：一旦晶圓廠開始運(yùn)行，任何接觸硅片的物質(zhì)，例如蝕刻氣體，都很難改變，Hanbury 說。這個(gè)過程涉及大量的精度。晶圓廠必須在郵票大小的晶圓上放置多達(dá) 1 億個(gè)晶體管，并且需要完美地完成。Hanbury 說，晶圓廠需要4到5年的時(shí)間來開發(fā)一個(gè)配方，”一旦你設(shè)定了它，你基本上就不想改變它“。
一些專家認(rèn)為，芯片制造商將開始修改他們的工藝以引入更環(huán)保的氣體，特別是如果大公司采取行動(dòng)的話?！比绻_積電轉(zhuǎn)換，我相信其他人也會，“方斯塔德說?！比绻_積電不這樣做，那么其他制造商可能會轉(zhuǎn)而證明他們比臺積電更好?！?/p>
對于芯片行業(yè)的一些觀察者來說，清理該行業(yè)的決心似乎是真實(shí)的。李說，目前對芯片的巨大需求只會幫助半導(dǎo)體行業(yè)實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)。
”他們的利潤率很高，賺了很多錢。因此，即使所有這些綠色碳措施都有成本，但他們可以負(fù)擔(dān)得起。而且越來越多的客戶愿意為更環(huán)保的設(shè)備支付更多費(fèi)用，“他說。
