Akıllı telefonlardan TVS'lere, rüzgar türbinlerine kadar her şeye gömülü silikon çiplere olan küresel talep artıyor, ancak bunun büyük bir maliyeti var: karbon emisyonları.
Endüstri bir paradoks sunuyor. Küresel iklim hedeflerinin karşılanması kısmen yarı iletkenlere bağlı olacaktır. Elektrikli otomobillerin, güneş enerjisi dizilerinin ve rüzgar türbinlerinin ayrılmaz bir parçasıdırlar. Ancak çip üretimi de iklim krizine katkıda bulunuyor. Çok fazla enerji ve su gerektirir - çip fabrikaları veya fabs günde milyonlarca galon su kullanabilir - ve tehlikeli atıklar üretir.
Yarı iletken endüstrisi giderek artan bir inceleme altında bulundukça, iklim etkisiyle başalanmaya başlıyor. Geçen hafta, Apple'a Chips tedarik eden dünyanın en büyük yonga üreticisi TSMC, 2050 yılına kadar net sıfır emisyon elde etme sözü verdi. TSMC'nin yönetim kurulu başkanı, şirketin "yeşil varlığımızı genişletmeyi ve sektörü düşük karbonlu sürdürülebilir kalkınmaya yönlendirmeyi" amaçladığını söyledi.
Ancak sektörün karbonsuzlaştırılması büyük bir zorluk olacak.
Greenpeace'e göre TSMC, 2019'da yaklaşık 63 milyon ton su kullanarak 2022'de yüzde 7,2'ye çıkması beklenen Tayvan'ın toplam elektriğinin yaklaşık yüzde 5'ini tek başına kullanıyor. Şirketin su kullanımı, Tayvan'ın bu yılki kuraklığı sırasında tartışmalı bir konu haline geldi.
ABD'de Intel'in Ocotillo, Ariz'deki 700 dönümlük fabrikası, bu yılın ilk üç ayında yaklaşık 15.000 ton atık üretti ve bunun yaklaşık % 60'ı tehlikeliydi. Ayrıca 927 milyon galon tatlı su tüketiyor, bu da yaklaşık 1.400 olimpik yüzme havuzunu doldurmaya yetiyor ve 561 milyon kilowatt saat enerji tüketiyor.
Harvard Üniversitesi araştırmacısı Udit Gupta ve ortak yazarlar 2020'de yayınladıklarında, enerji tüketimi veya donanım kullanımı yerine çip üretiminin "elektronik cihazlardan kaynaklanan karbon emisyonlarının çoğunu oluşturduğunu" yazdı.
Pandeminin elektronişe olan talebi artırması ve COVID-19 salgını fabs'ı kapatmasıyla küresel bir üst düzey çip sıkıntısı sektöre odaklanmaya eklendi.
Sıkı bir pazarda, otomobil üreticileri kendilerini akıllı telefonlar, dizüstü bilgisayarlar ve diğer cihazlar için bilgi işlem gücü sağlamak için çip kullanan Apple gibi daha büyük yarı iletken müşterilerin çok gerisinde, yonga kuyruğunun arkasında buldular. Gm bu ay Kuzey Amerika'daki birçok tesisinde üretimi durdururken, Toyota Eylül ayında araç üretimini yüzde 40 azaltacağını açıkladı.
Üretimi artırmak için birçok ülke sektörü canlandırmak için büyük programlar başlatıyor.
ABD Çip Yasası, ABD yarı iletken endüstrisi için beş yıl içinde 52 milyar dolar öneriyor. Avrupa Birliği, küresel çip pazarındaki payını 2030 yılına kadar yüzde 20'ye çıkarmayı amaçlayan kendi yasasını sundu. Avrupa Komisyonu Başkanı Ursula von der Leyen, Birliğin Durumu konuşmasında bunu "teknolojik egemenlik sorunu" olarak nitelendirdi.
Bu hırslar potansiyel olarak uluslararası iklim hedefleriyle çelişmektedir. Avrupa Birliği ve ABD, 2030 yılına kadar net sıfır karbon emisyonu ve 2050 yılına kadar net sıfır emisyon elde etmeyi hedefliyor. Yarı iletken endüstrisi büyüdükçe, karbon emisyonları da artacaktır.
Bununla birlikte, müşterilere daha yeşil tedarik zincirleri bildirmek isteyen yatırımcıların ve elektronik üreticilerinin baskısı altında, yarı iletken işletmesi iklim etkisini ele almak için eylemlerini hızlandırmaktadır.
On Semiconductor'ın Baş tasarım mühendisi Sohini Dasgupta, "Son zamanlarda, çevre üzerindeki etkimizin tamamen ön plana çıktığını görmeye başladım," dedi.
Bir yatırım firması olan Bernstein'in yarı iletken analisti Mark Li, yatırımcıların şirketlerin çevresel, sosyal ve yönetişim (ESG) etkisi hakkında daha fazla soru sormasıyla fon yöneticilerinin giderek daha fazla "yeşil fonları" teşvik ettiğini söylüyor. "Son üç yılda, ESG yatırımları çok daha fazla ses getirdi," diyor ve bunun sonunda şirketin davranış şeklini değiştireceğini de ekliyor.
Yenilenebilir enerjinin daha fazla kullanılabilirliği, yonga üreticilerinin karbon emisyonlarını azaltmasına yardımcı oluyor. Intel, TSMC gibi 2030 yılına kadar enerjisinin yüzde 100'ünü yenilenebilir kaynaklardan alma sözü verdi, ancak son tarihi 2050.
TSMC sözcüsü Nina Kao'ya göre, enerji tüketimi TSMC'nin emisyonlarının yüzde 62'sini oluşturuyor. Şirket geçen yıl Danimarka enerjisiyle bir anlaşma mı imzaladı? Rsted 20 yıllık bir anlaşma imzaladı mı? Rsted, Tayvan Boğazı'nda inşa ettiği 920 megawatt'lık açık deniz rüzgar santralinin tüm enerjisini satın alıyor.
Enerji danışmanlık şirketi Wood Mackenzie'nin yenilenebilir enerji analisti Shashi Barla, dünyanın en büyük kurumsal yenilenebilir enerji satın alma anlaşması olarak nitelendirilen anlaşmanın TSMC için iyi olduğunu söyledi. Temiz elektrik sağlamanın yanı sıra, toptan satış masraflarını karşıladığını ve fiyat şoklarından kurtulduğunu, "bir taşla iki kuş öldürdüğünü" söylüyor.
Massachusetts Teknoloji Enstitüsü'nde elektrik mühendisliği ve bilgisayar bilimi profesörü olan Clifton Fonstad, TSMC'nin bu hareketinin sektörü etkileme potansiyeline sahip olduğunu ve "diğer üreticilerin de buna uyabileceğini" söyledi.
Yönetim danışmanlığı yapan Bain &Company'de yarı iletken üretiminde uzman olan Peter Hanbury, çip üreticilerinin yenilenebilir enerjiye geçmenin yanı sıra fabs'larının verimliliğini artırabileceğini söyledi. Yetkili, bir çip fabrikasının temelde "içinde temiz odalar olan büyük bir depo" olduğunu ve "emisyonları azaltmanın en kolay kısmının tesisin kendisi olduğunu" söyledi.
Fabs, hava ve su sıcaklığını, nemi ve basıncı daha verimli bir şekilde düzenleyebilir. Depoyu, bir hattın yüksek basınca sahip olması ve diğer hattın düşük basınca sahip olması için segmentlere ayırabilirler, tüm depoyu yüksek basınç altında tutmaktan daha az enerji kullanarak.
Cornell'de yarı iletken malzemeler üzerinde çalışan mühendislik profesörü Huili Grace Xing, daha fazla veri yakalayabileceklerini ve kullanılmadıklarında araçları kapatmak için makine öğrenimini kullanabileceklerini söylüyor.
Yarı iletken yapımında kullanılan en kirli malzemeleri ele almayı amaçlayan yenilikler de vardır. Çip endüstrisi, üretim sürecinde farklı gazlar kullanır ve bunların çoğu iklim üzerinde önemli bir etkiye sahiptir.
TSMC, emisyonlarla başa çıkmak için yıkayıcılar ve diğer tesisler kurduğunu söyledi. Ancak yarı iletken gazlar üzerinde çalışan Solvay Specialty Chemicals kimya mühendisi Michael Pitloff, bir başka yaklaşımın yarı iletken üretiminde kullanılan hassas aletleri temizlemek için kullanılan "daha kirli" temizleyici gazların yerini almak olduğunu söylüyor.
Pitloff, son altı yılda yaklaşık yarım düzine yonga üreticisi müşterisiyle yapılan endüstriyel testlerde, kendisi ve ekibinin daha kirli gazı daha düşük bir küresel ısınma etkisine sahip olan "daha temiz" florla değiştirdiğini söyledi.
Diğer şirketler gofretlere desenler kazımayı ve yarı iletkenler yapmak için kullanılan ince sac malzeme olan gaz gofretlerinin yüzeyini temizlemeyi amaçlamaktadır. Örneğin, Paris merkezli bir endüstriyel gaz şirketi olan Air Liquide, küresel ısınma üzerinde daha küçük bir etkiye sahip bir dizi alternatif gravür gazı önerdi.
Ancak gazın değiştirilmesi zor olacak: Fabs çalışmaya başladığında, gaz aşındırma gibi silikon gofretlere dokunan her şeyi değiştirmenin zor olduğunu söyleyen Hanbury, "Bu yüzden, bu tür bir şeyi değiştirmek zor. Bu süreç büyük bir hassasiyet içerir. Fabs pul büyüklüğündeki gofretlere 100 milyona kadar transistör yerleştirmeli ve bunu mükemmel bir şekilde yapmalılar. Hanbury, bir fab'ın bir formül geliştirmesi için dört ila beş yıl gerektiğini söyledi ve "bir kez ayarladıktan sonra, temelde değiştirmek istemezsiniz." dedi.
Bazı uzmanlar, özellikle büyük şirketler harekete geçene kadar çip üreticilerinin daha çevre dostu gazlar tanıtmak için süreçlerini değiştirmeye başlayacağına inanıyor." Fonstad, "TSMC yer değiştirirse, eminim diğerleri de değiştirir." dedi. TSMC bunu yapmazsa, diğer üreticiler geri dönebilir ve TSMC'den daha iyi olduklarını kanıtlayabilir. "
Çip endüstrisinin bazı gözlemcileri için, temizleme kararlılığı gerçek görünüyor. Li, mevcut çip talebinin sadece yarı iletken endüstrisinin sürdürülebilir kalkınma hedeflerine ulaşmasına yardımcı olacağını söyledi.
Yüksek marjları var ve çok para kazanıyorlar. Yani tüm bu yeşil karbon önlemlerinin bir maliyeti olsa bile, bunu karşılayabilirler. Ve giderek daha fazla müşteri daha yeşil ekipmanlar için daha fazla ödeme yapmaya istekli." dedi.