صناعة الرقائق تمثل حجر عثرة محتمل في طريق تقليل انبعاثات الكربون.. تستهلك طاقة توازي دول بأكملها
تتطلب أشباه الموصلات الأصغر والأكثر كفاءة في استخدام الطاقة على نحو متزايد الكثير من الكهرباء لدرجة أن آسيا ستواجه صعوبة في الإقلاع عن الوقود الأحفوري.
الآلات اللازمة لصنع أشباه الموصلات الأكثر تقدمًا في العالم هي معجزات الهندسة الحديثة، تُعرف باسم أنظمة الطباعة الحجرية فوق البنفسجية الشديدة ، أو EUVs ، فهي تغمر رقاقات السيليكون بموجات من الضوء غير المرئية للعين البشرية ، وتحرق الأنماط في المواد الموجودة على سطح الرقاقة التي يجب أن تكون دقيقة في غضون بضعة نانومترات. لإنشاء ضوء متخصص، تعمل مركبات EUV على تبخير القصدير المصهور بالليزر، ثم استخدام المرايا لتركيز الإشعاع على أطوال موجية أرق.
شركة واحدة فقط في العالم – ASML Holding NV الهولندية – تصنع الأجهزة بحجم الناقل، والتي تكلف أكثر من 150 مليون دولار وتتألف من 100000 مكون منفصل.
وكشف تقرير مفصل لوكالة بلومبرج أن EUVs تعد أيضًا مثالًا رئيسيًا على كيفية الدفع نحو صنع أشباه الموصلات الأصغر والأكثر قدرة والأكثر كفاءة في استخدام الطاقة مما يؤدي إلى عمليات تصنيع أكثر تعقيدًا واستهلاكًا للطاقة.
تم تصنيف كل آلة لاستهلاك حوالي 1 ميجاواط من الكهرباء ، أي حوالي 10 مرات أكثر من الأجيال السابقة من المعدات، مع عدم وجود بديل متاح لصنع الأنواع الأكثر تقدمًا من أشباه الموصلات، فإن صناعة الرقائق تمثل حجر عثرة محتمل في طريق تقليل انبعاثات الكربون العالمية.
لم يقم أحد بشراء EUV أكثر من شركة Taiwan Semiconductor Manufacturing Co، أكبر مورد في العالم للرقائق الخارجية، لديها حاليًا أكثر من 80 آلة وهي في خضم تثبيت جيل جديد من الآلات كجزء من مسبك رقائق بقيمة 20 مليار دولار في تاينان، وهي مدينة في جنوب تايوان.
بسبب الكمية الهائلة من الطاقة اللازمة لتشغيل EUVs ، من المتوقع أن يستهلك TSMC طاقة أكثر من 21 مليون شخص في سريلانكا، في عام 2020، شكلت الشركة حوالي 6٪ من إجمالي استهلاك الطاقة في تايوان، من المتوقع أن تستخدم 12.5٪ منه بحلول عام 2025.
بالإضافة إلى TSMC ، تخطط شركة Micron Technology Inc. ، وهي منتج رئيسي لشرائح الذاكرة ، لاستخدام EUV واحد على الأقل في موقع إنتاجها في تايشونج، على بعد حوالي ساعتين بالسيارة جنوب تايبيه ، العاصمة التايوانية، في غضون ثلاث سنوات ، سيحتاج ربع تصنيع الرقائق في مسابك تايوان إلى EUVs للعمل، وفقًا لمحلل بلومبرج إنتليجنس تشارلز شوم.
يقول ليانج تشي يوان، أستاذ كرسي الإدارة في الجامعة الوطنية المركزية في مدينة تاويوان، إن تايوان لن يكون لديها قدرة كهربائية كافية لاستيعاب صناعة أشباه الموصلات ما لم يبدأ صانعو الرقائق في بناء محطات الطاقة الخاصة بهم، مضيفا الاحتياطي التشغيلي للجزيرة، وهو مقياس للقدرة الإضافية التي يتعين عليها التعامل مع الارتفاع غير المتوقع في الطلب أو اضطرابات العرض، من المرجح أن ينخفض إلى أقل من هامش 10٪ هذا العام.
يعتبر صانعو الرقائق أمرًا حيويًا لاقتصاد تايوان ، وقد يكون الشعور بالتداعيات الناجمة عن زيادة المنافسة على الكهرباء أكثر حدة في مناطق أخرى.
تقول تريسي تشينج ، الناشطة في مجال المناخ والطاقة في منظمة السلام الأخضر: “سيحدث نقص في الطاقة بالتأكيد “TSMCسوف تستحوذ على معظم إمدادات الطاقة في تايوان، وهذا سيضر بالقطاعات الأخرى.”
العامل الحاسم في مدى تأثير تصنيع TSMC على البيئة هو مصدر كل هذه الطاقة. يقول لارس أك راجنارسون ، رئيس برنامج الاستدامة في شركة الأبحاث Imec “في الأماكن التي تعمل فيها مصانع تصنيع الرقائق مثل هذه المعدات التي تستهلك قدرًا كبيرًا من الطاقة ، تصبح الطاقة المتجددة ضرورية وملحة بشكل خاص”، ومع ذلك ، تعتمد تايوان بشكل كبير على الوقود الأحفوري. في عام 2016 ، حددت حكومتها هدفًا يتمثل في الحصول على 20٪ من الكهرباء من مصادر متجددة بحلول عام 2025 من خلال بناء طموح للطاقة الشمسية وطاقة الرياح البحرية، لكن أحدث مراجعة للطاقة ، صدرت في يوليو ، أظهرت أن 6٪ فقط من طاقتها جاءت من مصادر متجددة حتى نهاية عام 2021 ، مما دفع المسؤولين إلى خفض هدفهم لعام 2025 إلى 15٪.
وتواجه كوريا الجنوبية ، موطن شركة سامسونج للإلكترونيات العملاقة لصناعة الرقائق ، تحديا مماثلا، تدير الشركة ستة مواقع لتصنيع أشباه الموصلات في البلاد واستحوذت على 3٪ من استهلاكها للطاقة في عام 2021.
وبينما تسعى إلى التنافس بشكل مباشر أكثر مع TSMC من خلال تصنيع شرائح للعملاء الخارجيين ، تتطلع سامسونج إلى توسيع استخدامها الخاص بمعايير EUV. تمتلك الشركة عددًا أقل من الآلات مقارنة بـ TSMC ، على الرغم من أنها لا تقول علنًا عدد الآلات التي تمتلكها، في أوائل يونيو ، سافر رئيس Samsung Group Jay Lee إلى هولندا لإبرام صفقات جديدة مع ASML.
لا يزال أكثر من 60٪ من الكهرباء في كوريا الجنوبية يأتي من حرق الفحم والغاز الطبيعي، تهدف البلاد إلى خفض انبعاثات الكربون بنسبة 40٪ عن مستواها في عام 2018 بحلول عام 2030، وسيتطلب مثل هذا الجهد زيادة حصة كوريا الجنوبية من الطاقة التي تأتي من مصادر الطاقة المتجددة إلى ما يزيد عن 30٪ بحلول عام 2030 ، ارتفاعًا من 7.5٪ في عام 2021.
انتل وأزمة الطاقة المتجددة
تعمل شركة Intel Corp، وهي شركة تصنيع الرقائق الرئيسية في الولايات المتحدة ، بشكل أفضل من نظيراتها الآسيوية في مجال الطاقة المتجددة ، ويرجع ذلك جزئيًا إلى أنها تتمتع بإمكانية الوصول إلى الطاقة الخضراء في منشآتها في أريزونا ونيو مكسيكو وأوريجون، حصلت الشركة على 80٪ من احتياجاتها من الكهرباء من مصادر متجددة عام 2021 ارتفاعا من 71٪ في العام السابق، لكن استخدامها العام للكهرباء يتزايد أيضًا بشكل كبير بسبب تقنيات التصنيع المتقدمة.
خطط عالمية
حول العالم ، الحكومات التي تعلن رغبتها في خفض انبعاثات الكربون حريصة أيضًا على بناء قدرة محلية لتصنيع أشباه الموصلات للدفاع ضد صدمات سلسلة التوريد والاضطرابات الجيوسياسية.
أقرت الولايات المتحدة مؤخرًا خطة بقيمة 52 مليار دولار لجلب طاقات إنتاج الرقائق، ويتضمن قانون الرقائق الأوروبي 49 مليار دولار من الاستثمارات لإنعاش الصناعة داخل الاتحاد الأوروبي، لا يبدو أن التأثير البيئي كان اعتبارًا مهمًا في أي من السلطتين القضائيتين.
يقول ديفيد كانج، رئيس أبحاث اليابان وكوريا الجنوبية فيBloombergNEF: “على الرغم من وجود شروط يتعين على الشركات الوفاء بها للحصول على الأموال ، إلا أن أياً من هذه الأعمال لم يحدد الأهداف المتعلقة بالمناخ”.
قد يكون من الممكن إيجاد طرق لتصنيع الرقائق بطرق أكثر استدامة بيئيًا ، ولكن هناك القليل من الرغبة في إبطاء توسع الصناعة “السرعة والوقت ينفدان بشكل عام.
