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I produttori di chip del mondo non riescono a raggiungere l’obiettivo internazionale di raggiungere zero emissioni nette di carbonio entro il 2050, hanno detto gli esperti a EE Times. La prima pietra miliare è che le emissioni raggiungano il picco nel 2025 e diminuiscano costantemente, ha affermato uno.
Un consorzio creato alcuni anni fa dall’associazione dell’industria dei chip SEMI e dall’organizzazione di ricerca e sviluppo Interuniversity Microelectronics Center (imec) mira a portare i produttori di chip del mondo e il loro ecosistema in linea con l’obiettivo di riscaldamento globale di 1,5 gradi Celsius stabilito dall’accordo di Parigi, richiedendo che il riscaldamento globale sia globale. le emissioni di carbonio raggiungeranno lo zero netto intorno al 2050.
Il consorzio ha riunito quasi 90 aziende sui 3.000 membri totali di SEMI che si sono impegnati a ridurre le emissioni.
“Credo che abbiamo tutti gli attori di cui abbiamo bisogno per fare la differenza”, ha affermato Mousumi Bhat, vicepresidente dei programmi di sostenibilità presso SEMI. “Sono molto colpito dal coraggio dimostrato da queste aziende nel dire: ‘Sì, vogliamo risolvere questo problema insieme’, perché non è qualcosa che si vedrebbe normalmente. Siamo tutti molto protettivi nei confronti della proprietà intellettuale che generiamo, ma con la sostenibilità è stato molto piacevole vedere come le aziende vogliono collaborare”.
L’anno scorso, l’industria della produzione di chip ha utilizzato 340 terawattora di elettricità, ovvero circa l’1,3% della domanda globale, ha affermato Bhat. Questa percentuale continua a crescere, ha aggiunto.
Il primo traguardo della sostenibilità arriverà nel 2025, quando le emissioni dell’industria dei chip dovrebbero raggiungere il picco e diminuire costantemente, ha affermato Bhat. Un’aspirazione è quella di portare le emissioni alla metà del livello del 2019 entro il 2030.
Altri sono meno ottimisti.
La massima priorità per l’industria dei chip è passare completamente all’energia rinnovabile come fonte di elettricità, ha affermato Sri Samavedam, SVP delle tecnologie CMOS presso imec. Gli hub di produzione di trucioli situati sulle isole dove è difficile installare centrali solari ed eoliche devono dipendere fortemente dai combustibili fossili per generare elettricità.
“L’accesso alle energie rinnovabili è una sfida, quindi i vostri stabilimenti a Singapore e Taiwan saranno un problema”, ha affermato.
Le isole di tutto il mondo in cui si trovano le fabbriche non hanno il “lusso” di installare pannelli solari o parchi solari, ha detto Bhat: “Sto parlando di Singapore, Taiwan, Giappone. Questi sono paesi con territorio limitato”.
Nessun produttore di chip può fare affidamento solo sull’energia eolica e solare per alimentare le proprie fabbriche, ha aggiunto Bhat. “Se dipendi dall’energia solare e improvvisamente la giornata è nuvolosa, sei senza lavoro. Qualsiasi problema tecnico all’alimentazione elettrica si traduce in perdite di milioni di dollari all’interno di una catena di approvvigionamento o di una fabbrica”.
L’idrogeno e i piccoli reattori nucleari modulari sono allo studio come fonti di energia più affidabili ed ecologiche, ha affermato.
“Il costo per unità di energia è ancora molto più elevato rispetto ai combustibili fossili tradizionali”, ha aggiunto. “Tutto questo deve essere abbattuto.”
Prodotti chimici e gas
Un altro obiettivo riguarda input come prodotti chimici e gas. Il processo di produzione utilizza gas serra altamente distruttivi che a volte si disperdono nell’atmosfera, soprattutto negli stabilimenti più vecchi.
I Fab costruiti negli ultimi cinque anni dispongono di sistemi di abbattimento che bruciano la maggior parte dei gas trasformandoli in componenti innocui, ha affermato Samavedam. “C’è ancora una piccola frazione che fuoriesce nell’atmosfera. Stiamo facendo del nostro meglio, ma ci sono ancora queste vie di fuga, ed è qualcosa su cui dobbiamo lavorare”.
Un’altra sfida è mettere in linea i fornitori di attrezzature, servizi e materiali delle fabbriche.
“Una fabbrica di semiconduttori è molto complicata”, ha affermato Cedric Rolin, program manager di imec. “C’è un’enorme quantità di sostanze chimiche in arrivo e c’è un inventario molto grande. I numeri che hai, tutte le valutazioni, di solito sono lungi dall’essere complete”.
I produttori di chip devono collaborare con i fornitori di prodotti chimici per sviluppare nuovi processi che non compromettano la resa o le prestazioni dei chip, “perché nessuno rinuncerà a questo”, ha affermato Samavedam.
Fa l’esempio dell’NF3 (trifluoruro di azoto), ampiamente utilizzato nella pulizia delle camere.
Il peggior trasgressore in una fabbrica è SFX (spiro fluoro xantene), che viene generalmente utilizzato per l’incisione profonda del silicio. SFX ha un potenziale di riscaldamento globale di circa 26.000, il che significa che un chilogrammo rilasciato nell’atmosfera equivale a rilasciare 26.000 chilogrammi di CO2.
“Sono numeri davvero alti”, ha detto Rolin. “È davvero importante distruggere i gas serra prima che vengano emessi”.
Ci vorranno anni per cambiare la catena di fornitura dei chip, ha affermato Samavedam.
“C’è molto lavoro da fare adesso, così che tra 10 anni saremo nella posizione di dire che stiamo facendo la differenza”.
Se le fabbriche mondiali passeranno alle energie rinnovabili e installeranno nuovi sistemi di abbattimento dei gas serra, l’industria non riuscirà comunque a raggiungere gli obiettivi di sostenibilità, ha affermato. “Sembra desolante, ma spero che le persone siano consapevoli e agiscano”.
Dispositivi elettronici
Tuttavia, gli esperti dicono che c’è un problema più grande. Pochi osano stimare le emissioni di carbonio dei dispositivi che utilizzano semiconduttori come data center, apparecchiature per criptovalute o apparecchiature di gioco. Questo problema riguarda quello che viene chiamato “effetto rimbalzo”, ha detto Rolin. L’efficienza in costante aumento dei prodotti elettronici come gli smartphone crea più domanda e ciò crea più inquinamento.
A dire il vero, l’elettronica può accelerare l’uso dell’energia verde in cose come i pannelli solari e le reti intelligenti.
“Molte delle soluzioni rinnovabili proposte necessitano dell’elettronica”, ha affermato Rolin.
Rimane dubbioso, tuttavia, riguardo all’effetto ambientale netto dei dispositivi elettronici.
“Sarebbe molto complesso caratterizzare il nostro sistema come parte della soluzione”, ha affermato. “Dobbiamo fare un elenco completo di tutte le tecnologie che aiutano e poi iniziare a caratterizzarle. È davvero una mole di lavoro gigantesca”.
Attrezzatura EUV
Sebbene gli strumenti di litografia EUV siano spesso menzionati come grandi consumatori di energia in una fabbrica, aiutano anche a risparmiare energia, ha affermato Rolin.
“L’EUV, infatti, è un grande consumatore di elettricità”, ha affermato. “È superiore a 1 megawatt [per tool]che è circa 10 volte superiore al consumo elettrico tipico delle apparecchiature a semiconduttore.
In genere, un passaggio EUV può salvare i passaggi multipli dei vecchi strumenti DUV e ciò riduce il consumo di energia, ha affermato.
“Prima dell’EUV, esistevano, ad esempio, modelli multipli in cui si utilizzavano tre litografie DUV di seguito per definire una determinata dimensione su scala nanometrica. Con EUV, hai bisogno di meno incisione, meno pulizia e risparmi molti altri passaggi.
Anche così, l’effetto rimbalzo si manifesta quando l’EUV viene utilizzato per produrre chip alla massima densità di transistor, ha affermato. “Il mio chip da 2 nm fa molto di più del mio chip da 5 nm, quindi posso renderlo più piccolo. Questo non è ciò che sta accadendo. Non stiamo riducendo i chip. Li stiamo semplicemente rendendo della stessa dimensione. Solo più potente.”
Miglioramento
Alcuni dei principali produttori di chip al mondo stanno rinnovando i loro sforzi.
Intel si è impegnata ad azzerare le emissioni nette delle sue attività globali entro il 2040 e punta a raggiungere il 100% di utilizzo di elettricità rinnovabile come traguardo intermedio entro il 2030.
Taiwan Semiconductor Manufacturing Co. (TSMC) a settembre ha raggiunto il suo obiettivo di adottare il 100% di energia rinnovabile per tutte le operazioni globali a partire dal 2050 fino al 2040. Nell’ambito di tale impegno, la più grande fonderia di chip al mondo ha annunciato che entro il 2030, il 60% dei suoi l’energia proverrà da fonti rinnovabili, rivedendo il precedente obiettivo del 40%.
Secondo Samsung, la seconda fonderia più grande al mondo ha raggiunto l’obiettivo di adottare il 100% di energia rinnovabile per tutti i siti statunitensi e cinesi nel 2019. La società ha annunciato l’intenzione di adottare energia rinnovabile in tutti i mercati internazionali in cui opera, al di fuori della Corea del Sud, entro cinque anni.
Un collegamento a un documento correlato scritto da SEMI con Boston Consulting Group è disponibile qui.
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