ถึงเวลาแล้ว: การผลิตเซมิคอนดักเตอร์ที่ยั่งยืน
ขณะที่บทความนี้เขียนขึ้น นักวิทยาศาสตร์และผู้นําทางการเมืองจากทั่วโลกกําลังเตรียมตัวสําหรับ COP 26 (ตุลาคม 2022) ซึ่งเป็นการประชุมคู่สัญญาครั้งที่ 26 (COP) ของอนุสัญญากรอบแห่งสหประชาชาติว่าด้วยการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศ (UNFCCC) ในกลาสโกว์ ประเทศสกอตแลนด์ COP26 คือการประชุมทบทวน 5 ปี (บวกกับการล่าช้าหนึ่งปีสําหรับโควิด) ของคู่สัญญาต่างๆ ที่พวกเขาอัปเดตแผนการของตนเพื่อจํากัดภาวะโลกร้อนที่เกิดจากมนุษย์
การพูดคุยส่วนใหญ่มุ่งเน้นไปที่การปล่อยก๊าซเรือนกระจก (GHG) แนวโน้มในการผลิตเซมิคอนดักเตอร์แสดงให้เห็นว่าการปล่อยก๊าซเรือนกระจกกําลังเพิ่มขึ้น โดยเฉพาะเมื่อเปรียบเทียบกับอุตสาหกรรมการผลิตทั่วไป
การปล่อยก๊าซเรือนกระจก: การผลิตทั่วไปเทียบกับการผลิตเซมิคอนดักเตอร์
ภาพประกอบ 1 การปล่อยก๊าซเรือนกระจกจากการผลิตเซมิคอนดักเตอร์กําลังเพิ่มขึ้น ในขณะที่การปล่อยก๊าซเรือนกระจกจากผู้ผลิตแบบดั้งเดิมกําลังลดลง
อ่านเพิ่มเติมในบทความล่าสุด
การก้าวไปสู่การจัดการกับการปล่อยก๊าซเรือนกระจกกําลังดําเนินไปอย่างรวดเร็วสําหรับบริษัทเซมิคอนดักเตอร์หลายแห่ง และอุตสาหกรรมยังคงมีบทบาทสําคัญในการลดการปล่อยก๊าซเรือนกระจกทั่วโลก
ข้อตกลงปารีส
การประชุมครั้งสุดท้ายที่สําคัญ COP21 จัดขึ้นในปารีสในปี 2015 และได้ผลลัพธ์จากข้อตกลงปารีส ซึ่งคู่สัญญาต่าง ๆ ตกลงที่จะร่วมมือกันเพื่อจํากัดภาวะโลกร้อนให้ต่ํากว่า 2°C (ควรต่ํากว่า 1.5°C) เหนืออุณหภูมิเฉลี่ยทั่วโลกก่อนอุตสาหกรรม ผู้ลงนาม 196 รายในข้อตกลงปารีสแต่ละรายได้ส่งการมีส่วนร่วมที่กําหนดโดยระดับชาติ (NDC) ซึ่งกําหนดขั้นตอนที่พวกเขามุ่งมั่นที่จะดําเนินการเพื่อให้บรรลุเป้าหมายโดยรวม NDC เหล่านี้จะได้รับการทบทวนและอัปเดตที่ COP26
แน่นอนว่าหนึ่งในการพัฒนาที่สําคัญที่สุดในช่วงสองสามปีที่ผ่านมาคือการออกจากข้อตกลงในสหรัฐอเมริกาไม่นานหลังจากที่ได้ลงนาม และเมื่อไม่นานมานี้ก็มีการกลับมาอีกครั้ง IPCC และ AR6 งานของ UNFCCC อิงตามการวิเคราะห์และการสนับสนุนของคณะกรรมการระหว่างรัฐบาลเกี่ยวกับการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศ ซึ่งเป็นกลุ่มนักวิทยาศาสตร์สภาพภูมิอากาศและผู้เชี่ยวชาญด้านการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศระหว่างประเทศ นอกจากนี้ IPCC ยังออกรายงานการประเมินเป็นประจํา (AR) ซึ่งล่าสุดคือ AR6 ซึ่งเผยแพร่ในเดือนสิงหาคม 2021
รายงานนี้น่าสนใจสําหรับข้อสรุปที่มั่นใจได้เกือบสมบูรณ์ว่าการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศเป็นจริง วัดผลได้ และเกิดจากมนุษย์ รายงานนี้ประกอบด้วยการคาดการณ์อย่างละเอียดและแสดงภาพที่เลวร้ายของการเปลี่ยนแปลงที่แทบจะแน่นอนว่าจะเกิดขึ้นหากมนุษย์ไม่ลดกิจกรรมการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศของตน
ข้อสรุปสําคัญที่ระบุไว้ในรายงานสรุปสําหรับผู้กําหนดนโยบายได้แก่
- เป็นที่ชัดเจนว่าอิทธิพลของมนุษย์ทําให้บรรยากาศ มหาสมุทร และดินแดนอุ่นขึ้น การเปลี่ยนแปลงที่กว้างขวางและรวดเร็วในบรรยากาศ มหาสมุทร ถังแช่เย็น และถังชีวภาพเกิดขึ้น
- ขนาดของการเปลี่ยนแปลงล่าสุดทั่วทั้งระบบสภาพภูมิอากาศและสถานะปัจจุบันของหลายแง่มุมของระบบสภาพภูมิอากาศเป็นอย่างที่ไม่เคยมีมาก่อนในช่วงหลายศตวรรษถึงหลายพันปี
- การเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศที่เกิดจากมนุษย์ส่งผลกระทบต่อสภาพอากาศและภูมิอากาศรุนแรงมากมายในทุกภูมิภาคทั่วโลก หลักฐานของการเปลี่ยนแปลงที่สังเกตเห็นในสภาวะรุนแรง เช่น คลื่นความร้อน ฝนตกหนัก ภาวะแห้งแล้ง, และพายุไซโคลนเขตร้อน และโดยเฉพาะอย่างยิ่ง คุณสมบัติของพายุไซโคลนที่มีอิทธิพลจากมนุษย์, ได้แข็งแกร่งขึ้นนับตั้งแต่ AR5
- ความรู้ที่ดีขึ้นเกี่ยวกับกระบวนการทางสภาพภูมิอากาศ หลักฐานของภูมิอากาศอ่อนโยน และการตอบสนองของระบบสภาพภูมิอากาศต่อการบังคับให้เกิดการแผ่รังสีที่เพิ่มขึ้น จะให้การประมาณที่ดีที่สุดของความไวต่อสภาพภูมิอากาศสมดุลที่ 3°C โดยมีช่วงที่แคบกว่าเมื่อเทียบกับ AR5 ซึ่งเป็นรายงานก่อนหน้าที่ออกในปี 2014 รายงานจะอธิบายสถานการณ์ 5 สถานการณ์ที่น่าจะเป็นผลมาจากภาวะโลกร้อนในระดับต่างๆ ซึ่งแสดงให้เห็นถึงผลกระทบที่รุนแรงมากขึ้นสําหรับภาวะโลกร้อนในระดับที่สูงขึ้น
การจํากัดก๊าซเรือนกระจก
การอภิปรายส่วนใหญ่เกี่ยวกับวิธีจํากัดภาวะโลกร้อนมุ่งเน้นไปที่การลดและขจัดการปล่อยก๊าซเรือนกระจก (GHG) ซึ่งเป็นสาเหตุพื้นฐานของภาวะโลกร้อน
มีข้อสอดคล้องที่เปลี่ยนแปลงไปว่าจําเป็นต้องมีการกําหนดราคาคาร์บอนบางรูปแบบ ซึ่งจะสร้างแรงกดดันทางเศรษฐกิจต่อผู้ปล่อยก๊าซเรือนกระจกโดยบังคับให้พวกเขาต้องจ่ายค่าใช้จ่ายที่เกิดขึ้นจากการเสื่อมสภาพของสภาพแวดล้อมร่วมกัน ณ จุดนี้ ผู้กําหนดนโยบายกําลังพยายามที่จะกําหนดแนวคิดพื้นฐานและคําจํากัดความที่จําเป็นเพื่อให้โปรแกรมดังกล่าวทํางานได้
ก๊าซเรือนกระจกเป็นก๊าซที่ดูดกลืนรังสีอินฟราเรด (IR) ซึ่งปล่อยออกมาจากพื้นผิวโลกเมื่อได้รับความร้อนจากดวงอาทิตย์ ดังนั้นจึงดักจับความร้อนและเพิ่มอุณหภูมิบรรยากาศ คาร์บอนไดออกไซด์เป็นก๊าซเรือนกระจกหลัก แม้ว่าจะมีก๊าซอื่นๆ อีกมากมาย ก๊าซที่แตกต่างกันอาจดูดกลืนรังสีอินฟราเรดด้วยประสิทธิภาพที่แตกต่างกัน และอาจคงอยู่ในบรรยากาศเป็นเวลาที่แตกต่างกัน
นักวิทยาศาสตร์ใช้ศักยภาพในการเกิดภาวะโลกร้อน (GWP) เพื่อเปรียบเทียบภาวะโลกร้อนที่เกิดจากก๊าซต่างๆ ในช่วงเวลาที่กําหนด ตามคําจํากัดความ CO2 มีค่า GWP เท่ากับ 1 GWP สําหรับก๊าซอื่นๆ ที่มักใช้ในอุตสาหกรรมเซมิคอนดักเตอร์สูงกว่ามาก: CH4 - 28, N2 O - 265, CF4 - 6,630, NF3 - 16,100, SF6 - 23,500 ค่าเทียบเท่าคาร์บอนไดออกไซด์ (CO2 e) เป็นอีกหนึ่งการวัดที่ใช้ในการเปรียบเทียบก๊าซ โดยปกติแล้ว CO2 e จะระบุตามน้ําหนัก ซึ่งเป็นปริมาณของ CO2 ที่ทําให้เกิดความร้อนเท่ากับก๊าซที่ต้องการ ในการคํานวณ CO2 e ให้คูณน้ําหนักของก๊าซที่มีปัญหาด้วย GWP ของก๊าซนั้น
โปรโตคอลก๊าซเรือนกระจก (GHGP) กําหนดกรอบการทํางานที่ได้มาตรฐานเพื่อวัดและจัดการการปล่อยก๊าซเรือนกระจก ซึ่งเป็นประวัติที่จําเป็นสําหรับการกําหนดราคาคาร์บอนหรือกลไกการควบคุมอื่นๆ GHGP กําหนดขอบเขตการปล่อยก๊าซเรือนกระจกสามขอบเขต ขึ้นอยู่กับว่าใครเป็นเจ้าของการปล่อยก๊าซเรือนกระจกเหล่านั้นและระดับการควบคุมที่พวกเขามีในแต่ละขั้นตอน
- ขอบเขตที่ 1 - การปล่อยก๊าซเรือนกระจกโดยตรงจากการดําเนินงานที่บริษัทรายงานเป็นเจ้าของหรือควบคุม (หม้อต้ม ยานพาหนะ ก๊าซในกระบวนการ)
- ขอบเขตที่ 2 - การปล่อยก๊าซเรือนกระจกโดยอ้อมโดยบุคคลอื่นจากการผลิตไฟฟ้า ไอน้ํา การทําความร้อน หรือการทําความเย็นที่ซื้อหรือซื้อมาซึ่งบริษัทรายงานใช้
- ขอบเขตที่ 3 - การปล่อยมลพิษทางอ้อมทั้งหมด (ไม่รวมอยู่ในขอบเขตที่ 2) ที่เกิดขึ้นในห่วงโซ่คุณค่าของบริษัทที่รายงาน รวมถึงการปล่อยมลพิษทั้งต้นน้ํา (จากซัพพลายเออร์) และปลายน้ํา (การขนส่ง การกระจาย การจัดเก็บ)
รายงานพิเศษของ IPCC ที่ออกในปี 2018 สรุปว่าประเทศต่างๆ ต้องลดการปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ให้เป็น "สุทธิเป็นศูนย์" ภายในปี 2050 เพื่อรักษาภาวะโลกร้อนให้อยู่ภายใน 1.5 °C ของระดับก่อนอุตสาหกรรม มีข้อตกลงไม่ครบถ้วนเกี่ยวกับก๊าซใดที่ควรรวมอยู่ในคําจํากัดความของสุทธิเป็นศูนย์ ซึ่งทําให้เกิดความคลุมเครือและอนุญาตให้ประเทศและองค์กรต่างๆ กําหนดค่าสุทธิเป็นศูนย์ตามเกณฑ์ของตนเอง ในเดือนกันยายน 2020 CDP (โครงการเปิดเผยข้อมูลคาร์บอน) ได้พัฒนาวิธีการในนามของ Science Based Targets Initiative (SBTi) เพื่อกําหนดและประเมินเป้าหมายการลดการปล่อยก๊าซสุทธิเป็นศูนย์โดยอิงตามวิทยาศาสตร์สภาพภูมิอากาศที่แข็งแกร่ง
คําศัพท์อื่น ๆ เช่น "คาร์บอนเป็นกลาง" ยังใช้เพื่ออธิบายการปล่อยก๊าซเรือนกระจก ความแตกต่างระหว่างคําจํากัดความต่างกันเป็นปัญหา ตัวอย่างเช่น คําจํากัดความของจีนว่า "คาร์บอนเป็นกลาง" จะรวมถึง CO2 เองเท่านั้น ในขณะที่สหภาพยุโรปได้นํา "สภาพภูมิอากาศเป็นกลาง" มาใช้ ซึ่งรวมถึงก๊าซเรือนกระจกทั้งหมด มีวิธีการอื่นๆ สําหรับการประเมินที่เป็นศูนย์และเป็นกลาง และปัญหาความคลุมเครือยังไม่ได้รับการแก้ไขอย่างสมบูรณ์ CDP กําหนดเป้าหมายการปล่อยก๊าซสุทธิเป็นศูนย์อย่างชัดเจน ซึ่งรวมถึงการปล่อยก๊าซเรือนกระจกในขอบเขต 1, 2 และ 3 และสอดคล้องกับเป้าหมาย 1.5°C ที่อิงตามหลักวิทยาศาสตร์
การผลิตเซมิคอนดักเตอร์
การผลิตเซมิคอนดักเตอร์มีผลกระทบเล็กน้อยต่อการปล่อยก๊าซเรือนกระจก ตัวอย่างเช่น ในสหรัฐอเมริกาในปี 2015 สัดส่วนการปล่อยก๊าซเรือนกระจก (GHG) ทั้งหมดจากแหล่งอุตสาหกรรมคือ 0.18 % และมีเพียง 0.063% ของแหล่งปล่อยก๊าซเรือนกระจกทั้งหมด [1] แม้ว่าจะมีส่วนร่วมค่อนข้างน้อย แต่อุตสาหกรรมเซมิคอนดักเตอร์ก็มีบทบาทเป็นผู้นําในการประสานงานการดําเนินการทั่วโลกเพื่อลดการปล่อยก๊าซเรือนกระจก
ขอบเขตที่ 1: การปล่อยก๊าซเรือนกระจกโดยตรง - PFCs เรื่องราวความสําเร็จ
ในอดีต สารประกอบเปอร์ฟลูออโรคาร์บอนที่ระเหยง่าย (PFC) มีบทบาทสําคัญในการผลิตเซมิคอนดักเตอร์ในฐานะแหล่งของอะตอมฟลูออรีนที่ทําปฏิกิริยาซึ่งใช้ในการขจัดวัสดุในกระบวนการกัดกร่อนและการทําความสะอาดห้อง ก๊าซเหล่านี้มีความเสถียรและมีแนวโน้มที่จะมีอายุการใช้งานยาวนานในบรรยากาศ ทําให้ก๊าซเรือนกระจกที่มีฤทธิ์รุนแรงและมีศักยภาพในการทําให้เกิดความร้อนสูง
ในปี 1999 ซึ่งเป็นช่วงต้นๆ ของประวัติศาสตร์ของการตระหนักถึงภาวะโลกร้อน ผู้ผลิตเซมิคอนดักเตอร์มุ่งมั่นที่จะลดการปล่อยก๊าซ PFC ลงอย่างน้อย 10% สําหรับแต่ละภูมิภาคในอีก 10 ปีข้างหน้า ภายในปี 2010 พวกเขาประสบความสําเร็จในการลดลง 32% ซึ่งสูงกว่าเป้าหมายเดิมมาก ในช่วงเวลานั้น พวกเขามุ่งมั่นที่จะลดการปล่อยก๊าซเรือนกระจกต่อไป โดยมุ่งเป้าที่อัตราการปล่อยก๊าซเรือนกระจกแบบปกติ (NER - กิโลกรัมของ CO2 e ต่อซม.2 ของซิลิคอน) ต่ํากว่าเส้นฐานปี 2010 30%
ภายในปี 2020 พวกเขาได้ลดลง 22.9% แม้ว่าผลิตภัณฑ์ที่มีความซับซ้อนมากขึ้นจะมีชั้นมากขึ้น และกระบวนการกัดขั้นสูงที่ใช้ก๊าซใหม่ก็ตาม ขณะนี้ WSC กําลังทํางานเพื่อกําหนดเป้าหมายใหม่ในการลด PFC ในระยะเวลา 10 ปี ซึ่งจะประเมินการปล่อยมลพิษโดยใช้วิธีการล่าสุดในปี 2019 จาก IPCC (รูปที่ 1) เรื่องราวของ PFC เป็นตัวอย่างที่ยอดเยี่ยมของความท้าทายที่พบในการค้นหาโซลูชันสําหรับปัญหาด้านสิ่งแวดล้อมที่ซับซ้อน
ความสําเร็จในการลดการปล่อยก๊าซ PFC มีสององค์ประกอบหลัก ได้แก่ การเปลี่ยนไปใช้ NF3 ที่ไม่ใช่ PFC สําหรับการใช้งานในการทําความสะอาดห้องหลายอย่าง และการนําเทคโนโลยีการบําบัดที่สามารถทําลายก๊าซ PFC ที่ไม่ได้ใช้ออกจากห้องกระบวนการได้ PFC อาจถูกทําลายโดยเครื่องเผาไหม้พลาสมาหรือเชื้อเพลิง พลาสมามีข้อได้เปรียบในการไม่เพิ่มการปล่อยคาร์บอนจากเชื้อเพลิงที่เผาไหม้ อย่างไรก็ตาม ในทางปฏิบัติ การเลือกใช้เทคโนโลยีมักจะขึ้นอยู่กับต้นทุนและความพร้อมใช้งานของพลังงานไฟฟ้าเมื่อเทียบกับก๊าซเชื้อเพลิง
แม้ว่าจะมีพลังงานไฟฟ้าและคุ้มค่าก็ตาม แหล่งพลังงานนั้น เช่น ถ่านหินหรือพลังงานหมุนเวียน ก็ต้องได้รับการพิจารณาในการคํานวณการปล่อยก๊าซคาร์บอนสุทธิเป็นศูนย์ในขอบเขตที่ 2 ด้วยเช่นกัน โซลูชันที่ซับซ้อนยิ่งขึ้นมาจากการออกแบบของหัวเตา แม้ว่า NF3 เองจะไม่มีคาร์บอน แต่การเผาไหม้ในเปลวไฟของเชื้อเพลิงไฮโดรคาร์บอนสามารถสร้าง PFC ได้
ปัญหานี้เกิดจากความผันแปรของอุณหภูมิที่กว้างขวางทั่วเปลวไฟ และโซลูชันอยู่ที่หัวเผาที่ออกแบบมาเป็นพิเศษ หรือที่เรียกว่าหัวเผาไหม้แบบเผาไหม้เข้า ซึ่งจะรักษาอุณหภูมิให้สม่ําเสมอมากขึ้นในบริเวณที่สําคัญและแยกเชื้อเพลิงที่มีคาร์บอนออกจากก๊าซในกระบวนการเป็นส่วนใหญ่
ขอบเขตที่ 2: การปล่อยมลพิษทางอ้อม - พลังงานที่ซื้อจากเครื่องกําเนิดไฟฟ้านอกสถานที่ปฏิบัติงาน
ความแพร่หลายของเทคโนโลยีอิเล็กทรอนิกส์และการเติบโตแบบชั่วคราวที่แสดงให้เห็นในช่วงหลายทศวรรษที่ผ่านมาอาจนําไปสู่ข้อสรุปได้อย่างง่ายดายว่าอิเล็กทรอนิกส์จะใช้พลังงานมากกว่าที่โลกสามารถผลิตได้ในไม่ช้า
ความจริงค่อนข้างไม่น่ากังวลเลย แต่ก็ยังคงสําคัญพอที่จะไม่ควรละเลย ในปี 2015 เทคโนโลยีสารสนเทศและการสื่อสาร (ICT) คิดเป็นประมาณ 5% ของความต้องการพลังงานทั่วโลก ภายในปี 2030 เทคโนโลยีสารสนเทศอาจมีอัตราการเติบโตสูงถึง 20% ของความต้องการทั่วโลก และแม้แต่การคาดการณ์ในแง่ดีที่สุดก็คาดว่าจะเติบโตขึ้นถึง 7%
พลังงานที่ใช้โดยเทคโนโลยีอิเล็กทรอนิกส์สามารถแบ่งออกเป็นสองส่วน ได้แก่ พลังงานที่ใช้ในการผลิตอุปกรณ์ ซึ่งเกือบทั้งหมดในปัจจุบันซื้อมาจากซัพพลายเออร์ภายนอก และพลังงานที่ใช้ในการทํางานของอุปกรณ์ ข้อแรกนี้รวมอยู่ในขอบเขตที่ 2 ของ GHGP และข้อที่สองอยู่ในขอบเขตที่ 3 สิ่งที่น่าสนใจคือ และบางส่วนตรงกันข้ามกับการคาดการณ์ในวันอันสิ้นสุดที่คอมพิวเตอร์จะใช้พลังงานทั้งหมดที่โลกสามารถผลิตได้ในไม่ช้า ข้อสรุปที่ได้จากการวิเคราะห์ล่าสุดที่แสดงให้เห็นว่าพลังงานในขอบเขตที่ 2 ที่ใช้ในการผลิตอุปกรณ์นั้นเกินกว่า
ขอบเขตที่ 3: พลังงานที่ใช้ในการปฏิบัติงาน
ผู้ผลิตเซมิคอนดักเตอร์ตระหนักถึงความต้องการพลังงานขนาดใหญ่ในกระบวนการผลิตของตนมานานแล้ว หากไม่ใช่จากมุมมองด้านสิ่งแวดล้อม ก็จากมุมมองด้านต้นทุน การประมาณการส่วนใหญ่ระบุว่าส่วนแบ่งของพลังงานที่ใช้โดยอุปกรณ์ในกระบวนการผลิตอยู่ต่ํากว่าครึ่งหนึ่งของการใช้โดยรวมของโรงงานผลิต ปั๊มที่ใช้เพื่อรักษาสภาวะสุญญากาศที่จําเป็นสําหรับกระบวนการทํางานจํานวนมากใช้ประมาณครึ่งหนึ่ง
ผู้ผลิตปั๊มได้ปรับปรุงประสิทธิภาพด้านพลังงานของผลิตภัณฑ์ของตนอย่างต่อเนื่องนับตั้งแต่เริ่มต้นของอุตสาหกรรม กลไกใหม่ ความเร็วเพลาที่สูงขึ้น เทคโนโลยีอินเวอร์เตอร์กําลัง และวัสดุใหม่ล่าสุดล้วนมีส่วนช่วย ผลไม้แขวนต่ําส่วนใหญ่ถูกเก็บเกี่ยวมานานแล้ว แต่ยังคงมีบางส่วนที่สามารถปรับปรุงได้
หนึ่งในสิ่งที่มีแนวโน้มมากที่สุดคือการนําการทํางานโหมดหยุดทํางานมาใช้ ซึ่งบางครั้งเรียกว่าโหมดสีเขียว ซึ่งปั๊มจะเข้าสู่สถานะพลังงานต่ําเมื่อกระบวนการที่ทําหน้าที่อยู่นิ่ง ความท้าทายที่ยิ่งใหญ่ที่สุดคือการประสานงานอย่างใกล้ชิดที่จําเป็นระหว่างอุปกรณ์ในกระบวนการในโรงงานผลิตและปั๊มใน SubFab
เทคโนโลยีที่มีอยู่แล้วเพื่อสนับสนุนการประสานงานดังกล่าว และความต้านทานบางส่วนต่อการนําไปใช้นั้นต้องเป็นผลมาจากความลังเลของเจ้าหน้าที่ปฏิบัติงานในการเปลี่ยนแปลงแง่มุมใดๆ ของการดําเนินงานการผลิตปริมาณมากที่มีผลผลิตสูง การดําเนินงานในโหมดสีเขียวสามารถลดการปล่อยก๊าซเรือนกระจกในระยะสั้นได้โดยไม่จําเป็นต้องมีการเปลี่ยนแปลงพื้นฐานในการผลิตที่ดําเนินอยู่
น่าเสียดายที่กระบวนการอื่น ๆ ที่เข้าสู่ระบบออนไลน์ในขณะนี้ที่โหนดขั้นสูงมีศักยภาพที่จะเพิ่มการใช้พลังงานอย่างมาก ซึ่งรวมถึงการสร้างภาพด้วยลิโธกราฟี EUV ซึ่งใช้พลังงานประมาณ 10 เท่ากับการสร้างภาพด้วยการจุ่ม 193nm แบบดั้งเดิม มีปัจจัยชดเชย เช่น การลดจํานวนขั้นตอนในกระบวนการ อย่างไรก็ตาม การวิเคราะห์ IMEC [4] ประมาณการเพิ่มขึ้น 3.46 ของการใช้พลังงานและการเพิ่มขึ้น 2.5 เท่าของการปล่อยก๊าซเรือนกระจกต่อแผ่นชิพในการเดินทางจากโหนด 28nm ไปยังโหนด 2nm
ผู้ผลิตรายแรกที่ใช้โลโธกราฟี EUV ในการผลิตปริมาณมาก ซึ่งเป็นโรงหล่อขนาดใหญ่ พบว่าการใช้พลังงานตามปกติ (KWH ต่อชั้นหน้ากากเวเฟอร์เทียบเท่า 8 นิ้ว) เพิ่มขึ้นมากกว่า 25% เป็น 12.5KWH ในปี 2019 หลังจากที่ลอยอยู่ต่ํากว่า 10KWH เป็นเวลาหลายปี
แม้ว่าแนวโน้มในการผลิตเซมิคอนดักเตอร์จะเป็นหนึ่งในการใช้พลังงานที่เพิ่มขึ้นอย่างชัดเจน (รูปที่ 3) แต่โซลูชันก็ชัดเจนเช่นกัน การใช้พลังงานต้องเปลี่ยนไปใช้แหล่งพลังงานหมุนเวียน
ซึ่งเป็นโซลูชันที่ผู้ผลิตรายใหญ่จะไม่สูญเสียไป ในปี 2020 โรงหล่อแห่งเดียวกันได้ลงนามในข้อตกลงการซื้อพลังงานหมุนเวียนที่ใหญ่ที่สุดของโลก ซึ่งเป็นข้อตกลงระยะเวลา 20 ปีในการซื้อพลังงานทั้งหมดจากฟาร์มลมนอกชายฝั่งขนาด 920 เมกะวัตต์ที่กําลังสร้างขึ้นในบริเวณใกล้เคียง และมุ่งมั่นที่จะใช้พลังงานหมุนเวียน 100% ภายในปี 2050 [6] IDM ที่ใหญ่ที่สุดของสหรัฐฯ ได้มุ่งมั่นที่จะใช้พลังงานหมุนเวียน 100% ภายในปี 2030 ผู้มีส่วนเกี่ยวข้องรายใหญ่อื่นๆ ได้ทําข้อตกลงที่คล้ายคลึงกัน อย่างไรก็ตาม เช่นเคย ปีศาจอยู่ที่รายละเอียด
ขอบเขต 3: ต้นน้ํา/ปลายน้ํา
การมอบหมายขอบเขตจะมีความท้าทายมากขึ้นเล็กน้อยสําหรับขอบเขตที่ 3 ซึ่งขึ้นอยู่กับว่าใครกําลังนับ สําหรับผู้ผลิต ก๊าซเรือนกระจกที่ปล่อยออกมาเพื่อสร้างพลังงานที่ผู้ใช้ใช้ในศูนย์ข้อมูลจะปลายทาง ขอบเขตที่ 3 สําหรับศูนย์ข้อมูล ก๊าซเรือนกระจกคือการปล่อยก๊าซเรือนกระจกทางอ้อมจากพลังงานที่ซื้อมา ขอบเขตที่ 2 และการปล่อยก๊าซเรือนกระจกจากการผลิตเป็นต้นทาง ขอบเขตที่ 3
ไม่ว่าจะอยู่ในขอบเขตใด โซลูชันสุดท้ายสําหรับการปล่อยมลพิษจากการใช้งานก็คือการเปลี่ยนมาใช้แหล่งพลังงานหมุนเวียน ผู้ใช้เทคโนโลยีคอมพิวเตอร์รายใหญ่บางรายล้ําหน้าคู่แข่งด้านการผลิตในสวิตช์นั้น Google และ Facebook เริ่มซื้อพลังงานหมุนเวียนในปี 2013
แม้ว่าการใช้พลังงานโดยรวมของศูนย์ข้อมูลจะเพิ่มขึ้นตั้งแต่นั้นมา แต่การปล่อยก๊าซคาร์บอนจากการใช้พลังงานในการปฏิบัติงานก็ลดลง อีกปัจจัยหนึ่งในการลดการปล่อยก๊าซเรือนกระจกคือการเพิ่มขึ้นอย่างมากของประสิทธิภาพการใช้พลังงานจากการคํานวณในช่วงประวัติศาสตร์ของอุตสาหกรรม เมื่อทรานซิสเตอร์มีขนาดเล็กลง เร็วขึ้น และประหยัดพลังงานมากขึ้น จํานวนคําสั่งที่ดําเนินการต่อวัตต์ก็เพิ่มขึ้น แนวโน้มนี้ได้เร่งเร็วขึ้นในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา เนื่องจากความต้องการความสามารถที่มากขึ้นและอายุการใช้งานแบตเตอรี่ที่ยาวนานขึ้นในอุปกรณ์เคลื่อนที่ทําให้เกิดแรงกดดันเพิ่มเติมในการปรับปรุงทั้งประสิทธิภาพและประสิทธิภาพการใช้พลังงาน
ผลกระทบที่ใหญ่ที่สุดของอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์ในการขับเคลื่อนความยั่งยืนคือการมีส่วนร่วมในการประหยัดพลังงานทั่วทั้งเศรษฐกิจ
เซมิคอนดักเตอร์ - เทคโนโลยีพื้นฐานของอิเล็กทรอนิกส์สมัยใหม่ - ให้รากฐานทางเทคโนโลยีสําหรับโซลูชันที่ขับเคลื่อนความยั่งยืนและการเพิ่มประสิทธิภาพด้านพลังงานในเกือบทุกภาคส่วนของเศรษฐกิจ เซมิคอนดักเตอร์ช่วยเพิ่มประสิทธิภาพด้านพลังงานและลดการปล่อยก๊าซเรือนกระจกในการขนส่ง การผลิต การดูแลสุขภาพ การทําความร้อนและการทําความเย็น และภาคเศรษฐกิจที่สําคัญอื่นๆ
จากมุมมองเกือบทุกมุมมอง ไม่ว่าจะเป็นด้านสิ่งแวดล้อม เศรษฐกิจ หรือสังคม ประโยชน์ปลายทางของเทคโนโลยีอิเล็กทรอนิกส์ขั้นสูงจะมีค่าใช้จ่ายสูงกว่ามาก
COP26
ข้อสรุปที่อิงตามหลักฐานของ IPCC นั้นชัดเจน: มนุษย์กําลังทําให้สิ่งแวดล้อมร้อนขึ้น การคาดการณ์ของบริษัทเป็นเรื่องเลวร้าย และค่าใช้จ่ายในการไม่ดําเนินการ ทั้งด้านมนุษย์และเศรษฐกิจ สูงกว่าค่าใช้จ่ายในการบรรเทาผลกระทบ แม้ว่าอุตสาหกรรมเซมิคอนดักเตอร์จะไม่ใช่หนึ่งในผู้ปล่อยก๊าซเรือนกระจกรายใหญ่ที่สุดในปัจจุบัน แต่การปล่อยก๊าซเรือนกระจกของเรามีปริมาณมากและเติบโตอย่างรวดเร็ว
มีมาตรการที่สามารถลดการปล่อยก๊าซเรือนกระจกในระยะสั้นจากกระบวนการผลิตเซมิคอนดักเตอร์ รวมถึงการลด PFC ที่ออกแบบมาเป็นอย่างดีและการปฏิบัติงานของปั๊มสุญญากาศโหมดเขียว การเปลี่ยนแปลงที่สําคัญที่สุดคือการเปลี่ยนไปใช้แหล่งพลังงานหมุนเวียนทั่วทั้งอุตสาหกรรมและห่วงโซ่อุปทาน เมื่อสหรัฐอเมริกากลับเข้าสู่ข้อตกลงปารีส การประชุมของคู่สัมพันธ์จะครอบคลุมถึงอํานาจทางเศรษฐกิจที่สําคัญทั้งหมดอีกครั้ง เราต้องเรียกร้องความเป็นผู้นําและการมุ่งมั่นทางการเงินที่ประสานงานกันจากผู้นําระดับชาติของเรา และยังคงทํางานในทุกระดับ ตั้งแต่ระดับท้องถิ่นไปจนถึงระดับโลก เพื่อลดการปล่อยก๊าซเรือนกระจก
ดร. CZERNIAK เป็นผู้จัดการฝ่ายพัฒนาธุรกิจโซลูชันด้านสิ่งแวดล้อมที่ Edwards Vacuum ซึ่งในช่วงอาชีพที่ยาวนานเขาเคยดํารงตําแหน่งผู้นําหลายตําแหน่งก่อนหน้านี้ นอกจากนี้ เขายังเป็นศาสตราจารย์อุตสาหกรรมด้านเคมีที่มหาวิทยาลัยบริสตอล และเป็นตัวแทนอุตสาหกรรมเซมิคอนดักเตอร์ของ IPCC ซึ่งเขามีส่วนร่วมในฐานะผู้ทบทวนรายงานการประเมินล่าสุด (AR6)
แหล่งข้อมูล
- David Isaacs รองประธานฝ่ายกิจการของรัฐบาล บล็อก SIA กล่าวว่า อุตสาหกรรมเซมิคอนดักเตอร์จะดําเนินการต่อไปในการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศ, วันพุธที่ 07 มิถุนายน 2017, 15:17 น. https:// www.semiconductors.org/semiconductorindustry-to-continue-action-on-climatechange/
- คําแถลงร่วมของการประชุมครั้งที่ 25 ของ World Semiconductor Council http://www. semiconductorcouncil.org/wp-content/ uploads/2021/08/FINAL-25th-WSC-JointStatement_0602.pdf
- Chasing Carbon: The Elusive Environmental Footprint of Computing, Udit Gupta และคณะ, IEEE International Symposium on High-Performance Computer Architecture (HPCA 2021) https://ugupta.com/files/ ChasingCarbon_HPCA2021.pdf
- รอยเท้าด้านสิ่งแวดล้อมของเทคโนโลยี CMOS ลอจิก - การวิเคราะห์ตาม DTCO, IMEC https://www.IMEC-int.com/ en/articles/environmental-footprint-logiccmos-technologies
- อุตสาหกรรมชิปมีปัญหาเกี่ยวกับการปล่อยก๊าซคาร์บอนมหาศาล, Bloomberg Green, Alan Crawford, Ian King, และ Debby Wu, 8 เมษายน 2021, 5:01 PM EDT https://www. bloomberg.com/news/articles/2021-04-08/ the-chip-industry-has-a-problem-withits-giant-carbon-footprint
- อุตสาหกรรมชิปคอมพิวเตอร์มีความลับด้านสภาพภูมิอากาศที่สกปรก The Gaurdian, Pádraig Belton, Sat 18 กันยายน 2021 08.00 EDT https:// www.theguardian.com/environment/2021/ sep/18/semiconductor-silicon-chipscarbon-footprint-climate