От Бети Хоу и Стивън Стапчински
Машините, необходими за производството на най-модерните полупроводници в света, са чудеса на съвременното инженерство. Известни като екстремни ултравиолетови литографски системи или EUV, те обливат силициевите пластини с вълни от светлина, невидими за човешкото око, изгаряйки модели в материали върху повърхността на пластините, които трябва да бъдат на точно няколко нанометра една от друга. За да създадат специализирана светлина, EUV изпаряват разтопен калай с лазери, след което използват огледала, за да фокусират сиянието в по-тънки дължини на вълната. Само една компания в света - ASML Holding NV от Холандия - произвежда устройства с размер на автобус, които струват повече от 150 милиона долара и се състоят от 100 000 отделни компонента.
EUV също така са отлична илюстрация за това как стремежът да се правят полупроводници, които са по-малки, по-способни и по-енергийно ефективни, води до производствени процеси, които са по-сложни и енергоемки. Всяка машина е проектирана да консумира около 1 мегават електроенергия, около 10 пъти повече от предишните поколения оборудване. Тъй като няма налична алтернатива за създаване на най-модерните видове полупроводници, индустрията на чиповете е потенциално значителна пречка пред стремежа за намаляване на глобалните въглеродни емисии.
Никой не е купувал повече EUV от Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., най-големият доставчик в света на външни чипове. В момента има повече от 80 и е в разгара на инсталирането на ново поколение машини като част от леярна за чипове на стойност 20 милиарда долара в Тайнан, град в Южен Тайван. Поради огромното количество енергия, необходимо за задвижване на EUV, се очаква TSMC скоро да консумира повече енергия от цялото население на Шри Ланка от 21 милиона души. През 2020г. компанията представляваше около 6% от общото потребление на енергия в Тайван. Очаква се до 2025г. да използва 12,5% от него.
В допълнение към TSMC, Micron Technology Inc., основен производител на чипове с памет, планира да използва поне един EUV в производствения си обект в Тайчунг, на около два часа път с кола южно от Тайпе, тайванската столица. В рамките на три години една четвърт от цялото производство на чипове в леярните в Тайван ще се нуждаят от EUV, за да функционират, според анализатора на Bloomberg Intelligence Чарлз Шум.
Лян Чи-юан, професор по мениджмънт в Националния централен университет в град Таоюан, казва, че Тайван няма да има достатъчно електроенергиен капацитет, за да поеме своята полупроводникова индустрия, освен ако производителите на чипове не започнат да строят свои собствени електроцентрали. Оперативният резерв на острова, мярка за допълнителен капацитет, който трябва да се справи с непредвидени пикове в търсенето или прекъсвания на доставките, вероятно ще падне под маржа от 10%, който правителството счита за „адекватно“ предлагане в даден момент тази година, казва Лианг.
Производителите на чипове са жизненоважни за икономиката на Тайван и последиците от засилената конкуренция за електроенергия може да се усетят по-остро в други области. „Недостигът на електроенергия със сигурност ще се случи“, казва Трейси Ченг, борец за климата и енергията в Грийнпийс. „TSMC ще поеме по-голямата част от енергийните доставки на Тайван и това ще навреди на други сектори“.
Решаващ фактор за въздействието на производството на TSMC върху околната среда е откъде идва цялата тази мощност. „На места, където фабриките за производство на чипове работят с такова енергоемко оборудване, възобновяемата енергия става особено важна и спешна“, казва Ларс-Аке Рагнарсон, ръководител на програмата за устойчивост в изследователската компания Imec. Тайван обаче е силно зависим от изкопаемите горива. През 2016г. правителството си постави за цел да извлича 20% от електроенергията от възобновяеми източници до 2025г. чрез амбициозно изграждане на слънчева енергия и офшорни вятърни мощности. Но последният енергиен преглед, публикуван през юли, показа, че само 6% от енергията идва от възобновяеми източници към края на 2021г., което накара служителите да понижат целта си за 2025г. до 15%.
Южна Корея, дом на гиганта за производство на чипове Samsung Electronics Co., е изправена пред подобно предизвикателство. Компанията управлява шест обекта за производство на полупроводници в страната и представлява 3% от нейното потребление на енергия през 2021 г. Тъй като се стреми да се конкурира по-пряко с TSMC чрез производство на чипове за външни клиенти, Samsung се стреми да разшири собствената си употреба на EUV. Компанията разполага с по-малко машини от TSMC, въпреки че не казва публично колко има. В началото на юни ръководителят на Samsung Group Джей Лий пътува до Холандия, за да подготви нови сделки с ASML.
Повече от 60% от електроенергията в Южна Корея все още идва от изгаряне на въглища и природен газ. Страната се стреми да намали въглеродните емисии с 40% от нивото си от 2018г. до 2030г. Подобно усилие би изисквало повишаване на дела на енергията на Южна Корея, която идва от възобновяеми източници, до доста над 30% до 2030г., спрямо 7,5% през 2021г.
Intel Corp., основният базиран в САЩ производител на чипове, се справя по-добре от своите азиатски колеги по отношение на възобновяемата енергия, отчасти защото има достъп до зелена енергия в съоръженията си в Аризона, Ню Мексико и Орегон. Компанията получи 80% от електроенергията си от възобновяеми източници през 2021г. спрямо 71% предходната година. Но общото потребление на електроенергия също се увеличава значително поради напредналите производствени техники.
По целия свят правителствата, които изповядват желание да намалят въглеродните емисии, също са нетърпеливи да изградят собствен капацитет за производство на полупроводници, за да се защитят от шокове във веригата на доставки и геополитически сътресения. САЩ наскоро приеха план за 52 милиарда долара за извеждане на капацитет за производство на чипове на сушата, а Законът за европейските чипове включва инвестиции от 49 милиарда долара за съживяване на индустрията в рамките на Европейския съюз. Въздействието върху околната среда изглежда не е било важно съображение в нито една от юрисдикциите. „Въпреки че има условия, които трябва да бъдат изпълнени, за да могат компаниите да получат средства, нито един от тези актове все още не е посочил цели, свързани с климата“, казва Дейвид Канг, ръководител на изследванията за Япония и Южна Корея в BloombergNEF.
ASML изпитва безпрецедентно търсене. Старши анализаторът на Bloomberg Intelligence, Масахиро Вакасуги прогнозира, че компанията може да отбележи повече от 30% увеличение на годишните продажби през 2023г., до около 26 милиарда долара, въпреки натиска от страна на САЩ да спре да предоставя на Китай дори оборудване за производство на по-малко модерни чипове. Главният финансов директор Роджър Дасен каза през април, че ASML проучва възможността за увеличаване на доставките до 90 от своите EUV през 2025г. от първоначалната цел от 70 единици.
Намирането на начини за производство на чипове по по-екологично устойчиви начини може да е възможно, но има малък апетит за забавяне на разширяването на индустрията. „Темпото и времето се забавят като цяло. Има толкова много неща, които трябва да разгледаме и отнема време и разходи, за да направим това“, казва Рагнарсон от Imec. „Нашата индустрия се разраства много бързо. Проблемът ни ще се влоши, ако не направим нищо.
В РЕЗЮМЕ Тъй като полупроводниците стават по-малки и по-ефективни, това ги прави по-енергоемки, възпрепятствайки усилията в Тайван и Южна Корея да се откажат от изкопаемите горива.
