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“碳”焦虑下,半导体行业怎么解?|双碳观察

韩敬娴

韩敬娴

· 5月20日

全球减排大潮来临,半导体行业都要面对同一道考题:碳排这么高,想减的话,从哪减?怎么减?

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“碳”焦虑下,半导体行业怎么解?|双碳观察

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一家半导体公司一年的碳排放是多少?

根据彭博社的数据,台积电在 2017 年排放了 600 万吨碳,2019 年排放了 800 万吨,2020 年排放了 1500 万吨。在过去几年中,台积电的温室气体排放量已经超过了汽车巨头通用汽车的排放量。

按理来说,半导体不断让自己更加高效,以满足机器学习、人工智能、游戏、区块链等日益增长的计算需求,同时也是发展的大趋势,然而这里面会出现两个问题:半导体制造本身就是有代价的,它需要大量的能源和水,并会产生大量碳排放;一旦事情变得非常高效,人们就会更多地使用它,也会增加整体的碳足迹。

2020年,哈佛大学的一个小组发表了一项研究,计算了从组件制造到回收的计算过程中的碳排放。研究显示,对于许多类型的移动和数据中心设备来说,硬件制造业是现在主要的碳排放源。

全球减排大潮来临,半导体行业都要面对同一道考题:碳排这么高,想减的话,从哪减?怎么减?近日针对这些问题,钛媒体App对话了英特尔首席可持续发展官Todd Brady。

造芯要用多少水电?

半导体工业是能源、水、化学品和原材料的资源密集型产业,从硅片制造、芯片设计、晶圆制造再到封装测试,制造工艺繁多,其中,不少制造工序对用电量都有巨大的需求。

比如,制造过程中的扩散炉、离子注入机和等离子蚀刻机都需要相当大的功率,有些需要非常高的温度,这些都需要耗费巨大的电量。

根据台积电发表的《台积公司2020年度气候相关财务揭露报告》,2020年,台积电的用电量为169亿度,超过整个台北市的用电量。

不只耗电量大,半导体的用水量也相当惊人。

在芯片生产的过程中有一个非常重要的步骤,需要利用纯水对芯片上的杂质进行冲洗。纯水从哪儿来?从淡水净化而来,因此就需要消耗大量的水资源,而越是先进制程工艺的芯片,所需要消耗的水资源就越多。以一座大型半导体Fab为例,日均耗水量可达数千吨。

巨量的水、电之外,半导体生产制造过程中还会排放废弃物,有些甚至有害。

据外媒4月1日的报道,因比利时政府的严格的环保政策影响,3M位于比利时佛兰德斯的兹韦恩德雷赫特工厂被“无限期关闭”,而该厂所生产的半导体冷却剂占据了全球80%的产能。

什么是半导体冷却剂?这是一种应用于电子行业的氟化液,即电子级氟化液。它不仅可以帮助芯片制造过程中精确控制温度,同时还可以对相关的半导体设备进行恒温冷却,保障稳定运行。

然而氟化液及其生产排放的全氟/多氟烷基物质对于生物体来说,具有潜在的生物累积性,在人体内累积久后可能导致激素紊乱,这也是这次被“无限期关闭”的重要原因。

净零排放靠什么?

减少碳排放,将电力来源转换为清洁能源是关键。

2021年夏天,台积电宣布希望到 2050 年实现净零排放。它还设定了到 2030 年实现全公司可再生能源使用 40% 的目标。

相比于台积电的这一目标,英特尔显然要快一些。

4月14日,英特尔公司发布承诺,到2040年实现全球业务的温室气体净零排放。为保证这一长期目标的实现,英特尔还制定了2030年中期目标,其中就提到一点:在全球业务中100% 使用可再生电力,并且投资约3亿美元用于设施节能,以实现累计40亿千瓦时的能源节约。

这并不是英特尔首次提出节能减排的目标。据Todd Brady介绍,英特尔在做这些节能减排的事已经超过了20年,而今天英特尔已经非常成功的使温室气体的排放降低了75%,但剩下的25%的排放降低是非常难做到的,因为这需要和价值链上的所有成员携手合作。

难却正确的事情怎么做?

Todd Brady指出,一方面,与供应商合作以确定需要改进的领域。比如让供应商进一步关注节能和可再生能源的采购;提升化学品和资源效率;以及领导跨行业联盟,为过渡到净零温室气体排放的半导体生产价值链提供支持。为加快行动进展,英特尔承诺与供应商合作,在相较于不进行投资和采取行动的情况下,于2030 年前将供应链的温室气体排放量降低至少30%。  

另一方面,与客户和行业伙伴合作制订各项解决方案,让运行效率更高且能耗更低。

如何提高能效?

Todd Brady认为,要从两处着手:一是提升下一代集成了CPU和GPU的Falcon Shores架构;二是将客户端和服务器、微处理器的产品能效也提升。

降低能耗具体怎么做?

以英特尔正与 Submer 等公司的合作为例,英特尔为跨云和通信服务提供商的数据中心启用液浸式散热试点部署。该方案应用了新的原理,例如通过液浸式散热进行热量回收和再利用。 

增加对可再生能源的利用,也是减少全球温室气体排放的关键步骤。 对此,英特尔还联合了一些全球最大规模的公用事业运营商,组建了智能二级变电站边缘设备联盟 (Edge for Smart Secondary Substations Alliance),以实现电网变电站更好地支持可再生能源。法国最大的电网运营商 Enedis 最近也加入了这一联盟,采用了提供全网实时控制的解决方案,对超过 80 万个二级变电站进行了升级。

结语

减排浪潮席卷而来,在世界中心形成了巨大的漩涡。漩涡中心饱受瞩目的就有这几年存在感超强的半导体企业。但减排在某种程度上就意味着要付出更多的成本,对于企业来说,成本和环保之间真的不会打架吗?

“如果说对这些提高能效或者是环保技术进行投资,我们一般在3-5年就可以提高投资回报率。”Todd Brady并不认为环保投资是企业增长的威胁,相反而是帮助,他还举例,英特尔在大型工业级冷却器当中使用AI技术来降低工业冷却塔的能源消耗,可以让整个能耗降低20%-30%,这不仅能降低成本,同时也可以帮助英特尔把新的产品和技术解决方案销售给客户。

“这是一种可持续发展的投资”。Todd Brady说。(本文首发钛媒体App,作者/韩敬娴,编辑/张敏)

本文系作者韩敬娴授权钛媒体发表,并经钛媒体编辑,转载请注明出处、作者和本文链接
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