芯片制造的巨大价值及应对方法_半导体_芯片

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来源：编译自theguardian

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环球对硅芯片的需求正在发达发展，从智好手机、电视到风力涡轮机都嵌入了硅芯片，但它付出了巨大的代价：碳排放。

行业呈现出一个悖论。
实现环球景象目标将部分依赖于半导体。
它们是电动汽车、太阳能电池阵列和风力涡轮机不可或缺的一部分。
但芯片制造也助长了景象危急。
它须要大量的能源和水——芯片制造厂或晶圆厂每天可以利用数百万加仑的水——并且会产生危险废物。

随着半导体行业创造自己越来越受到关注，它开始应对其景象影响。
上周，为苹果供应芯片的环球最大芯片制造商台积电承诺到2050 年实现净零排放。
台积电主席表示，该公司旨在“扩大我们的绿色影响力，推动行业走向低碳可持续发展”。

但该行业的脱碳将是一个巨大的寻衅。

根据绿色和平组织的数据，仅台积电就利用了台湾地区全部电力的近 5%，估量2022 年将上升至 7.2% ，2019年利用约6300 万吨水。
该公司的用水在今年台湾干旱期间成为一个有争议的话题。

在美国，英特尔在亚利桑那州奥科蒂洛占地 700 英亩的工厂在今年前三个月产生了近 15,000 吨废物，个中约 60% 是危险的。
它还花费了 9.27 亿加仑淡水，足以填满约 1,400 个奥林匹克拍浮池，并花费 5.61 亿千瓦时的能源。

哈佛大学研究员 Udit Gupta 及其合著者在 2020 年的一篇论文中写道，芯片制造，而不是能源花费或硬件利用，“占了电子设备的大部分碳排放” 。

由于大盛行增加了对电子产品的需求以及 Covid 爆发关闭了晶圆厂，环球高端芯片短缺，这增加了对该行业的关注。

在紧张的市场中，汽车制造商创造自己排在芯片行列步队的后面，远远掉队于苹果等规模更大的半导体客户，后者利用芯片为智好手机、条记本电脑和其他设备供应打算能力。
通用汽车本月停滞了其北美几家工厂的生产，而丰田则表示将在 9 月份将其汽车产量减少40%。

为了增加产量，许多国家正在启动大型操持以促进该行业的发展。

美国芯片法案发起在五年内为美国半导体行业供应 520 亿美元的资金。
欧盟已经提交了自己的立法，旨在到 2030 年将其在环球芯片市场的份额提高到 20%。
欧盟委员会主席乌尔苏拉·冯德莱恩在她的欧盟国情咨文中称其为“技能主权问题”。

这些年夜志与国际景象目标存在潜在冲突。
欧盟和美国的目标是到 2030 年实现净零碳排放，到2050年实现净零碳排放。
随着半导体行业的发展，其碳排放也将增长。

然而，在投资者和电子制造商渴望向客户报告更环保的供应链的压力下，半导体业务一贯在加大行动以应对其对景象的影响。

安森美半导体首席设计工程师 Sohini Dasgupta 表示：“最近，我开始看到我们对环境的影响完备成为紧张问题。

投资公司 Bernstein 的半导体剖析师 Mark Li 表示，基金经理越来越多地推销“绿色基金”，投资者对公司的环境、社会和管理 (ESG) 影响提出了更多问题。
“过去三年，ESG 投资的声音比以前大了很多，”他补充说，这终极会改变公司的行为办法。

可再生能源的更多可用性正在帮助芯片制造商减少碳排放。
英特尔承诺到 2030 年 100% 的能源来自可再生能源，台积电也是如此，但截止日期为 2050 年。

台积电发言人 Nina Kao 表示，能源花费占台积电排放量的 62%。
该公司去年与丹麦能源公司 Ørsted 签署了一项为期 20 年的协议，从 Ørsted 在台湾海峡建造的 920 兆瓦海上风电场购买所有能源。

能源咨询公司 Wood Mackenzie 的可再生能源剖析师 Shashi Barla 表示，该交易被称为环球最大的企业可再生能源采购协议，对台积电有利。
他说，除了担保清洁的电力供应外，它还支付批发本钱并摆脱价格冲击，“一石二鸟”。

麻省理工学院电气工程和打算机科学教授 Clifton Fonstad 表示，台积电的行动有可能影响全体行业，“其它制造商可能会效仿”。

管理咨询公司贝恩公司 (Bain & Company) 的半导系统编制造专家彼得汉伯里 (Peter Hanbury) 表示，除了转向可再生能源，芯片制造商还可以提高晶圆厂的效率。
他说，芯片工厂基本上是“一个内部有清洁室的巨大仓库”，而要减少排放，“最大略的部分是举动步伐本身”。

晶圆厂可以更有效地调节空气和水温、湿度和压力。
他们可以对仓库进行分段，这样一条生产线的压力就高，而另一条生产线的压力较低，与将全体仓库保持在高压下比较，利用的能源更少。

康奈尔大学从事半导体材料研究的工程学教授 Huili Grace Xing 说，它们可以捕获更多数据并利用机器学习在不该用时关闭工具。

还有旨在办理制造半导体中利用的污染最严重的材料的创新。
芯片行业在生产过程中利用不同的气体，个中许多气体对景象产生重大影响。

台积电表示，它已经安装了洗涤器和其他举动步伐来处理气体排放。
但另一种方法是改换“更脏”的清洁气体，这些清洁气体用于清洁半导系统编制造中的精密工具，索尔维分外化学品公司从事半导体气体研究的化学工程师迈克尔皮特罗夫说。

皮特罗夫说，在过去六年对大约六家芯片制造商客户的工业测试中，他和他的团队用“更清洁”的氟取代了污染更多的气体，对环球变暖的影响更低。

其他公司的目标是用于在晶片上蚀刻图案并清洁硅片表面的气体——用于制造半导体的薄片材料。
例如，总部位于巴黎的工业气体公司 Air Liquide 已经提出了一系列对环球变暖影响较小的替代蚀刻气体。

但改换气体将是一个寻衅：一旦晶圆厂开始运行，任何打仗硅片的物质，例如蚀刻气体，都很难改变，Hanbury 说。
这个过程涉及大量的精度。
晶圆厂必须在邮票大小的晶圆上放置多达 1 亿个晶体管，并且须要完美地完成。
Hanbury 说，晶圆厂须要4到5年的韶光来开拓一个配方，“一旦你设定了它，你基本上就不想改变它”。

一些专家认为，芯片制造商将开始修正他们的工艺以引入更环保的气体，特殊是如果大公司采纳行动的话。
“如果台积电转换，我相信其他人也会，”方斯塔德说。
“如果台积电不这样做，那么其他制造商可能会转而证明他们比台积电更好。
”

对付芯片行业的一些不雅观察者来说，清理该行业的决心彷佛是真实的。
李说，目前对芯片的巨大需求只会帮助半导体行业实现可持续发展目标。

“他们的利润率很高，赚了很多钱。
因此，纵然所有这些绿色碳方法都有本钱，但他们可以包袱得起。
而且越来越多的客户乐意为更环保的设备支付更多用度，”他说。