①芯片半导体技术,已成为推动社会进步、影响人民生活便利度的基础设施与科技“大脑”。但另一方面,围绕芯片半导体的制造生产,其产业本身则是一个高污染性领域; ②半导体产业能否成为“绿色芯片”的标兵行业,对正发挥越来越重要作用的半导体企业来说,确实值得公司领导者们深入思考。
《科创板日报》3月1日讯(研究员 金博) 进入21世纪以来,在世界各国政府共同签署了《巴黎协定》 的背景下,本世纪中叶实现零碳排放,已成为全球共识。各个国家的政府、公司都在制定各自的推进计划。中国也推出了自己的双碳目标。
一方面要加大环境的保护力度,目前全球二氧化碳排放继续处在创纪录高位,过去十多年是有记录以来的气温最高,北冰洋冰山持续融化,沙漠在扩大,生物多样性还在被破坏;另一方面,各国的经济和社会也需要增长,其中,科学技术的持续进步,大大增进了人类福祉。
而以芯片半导体为代表的新技术,被越来越多应用在了智能手机、新能源汽车、智能家居、智慧城市等社会生活的方方面面。芯片半导体技术,已成为推动社会进步、影响人民生活便利度的基础设施与科技“大脑”。
不过,一个还不为公众所周知的事实是:半导体技术本身是在为节能减排作贡献,如最新一代的半导体氧化硅器件,已能降低50%的能耗;但围绕芯片半导体的制造生产,其产业本身则是一个高污染性领域。
鱼与熊掌能否得兼,能否既享受到科技进步带来的舒适便利,同时也不影响甚至污染环境?半导体产业能否成为“绿色芯片”的标兵行业,对正发挥越来越重要作用的半导体企业来说,确实值得公司领导者们深入思考。
造芯要用到多少电和水?
造芯产业到底会对环境产生哪些影响?哈佛大学研究员乌迪特·古普塔(Udit Gupta)的报告认为,在整个电子设备制造领域,芯片制造占到了“碳排放的大部分”。
这是因为,芯片制造行业的产业链极其复杂,整个产业链仅工序就超过3000道,不仅如此,配套的半导体相关设备的生产制造,也都需要电力支撑。因此,芯片制造业也是对能源、水、化学品和原材料要求非常高的资源密集行业。
比如,制造过程中所必需的扩散炉、离子注入机和等离子蚀刻机的运转,都需要相当大的能量消耗,其中扩散炉的温度必须达到648至1094摄氏度之间,这要耗费巨大的电量。
知名咨询公司麦肯锡的研究报告,总结半导体设备制造商的碳排放,主要来自以下三类:
一是排放直接来自晶圆厂,主要是具有高气候变暖潜能值的工艺气体和传热流体,它们可能会泄漏到大气中;
二是排放直接来自购买的电力、蒸汽、加热和冷却设备;
三是包括公司产业链中的所有其他间接排放。
数据显示,来自第二类生产制造阶段的碳排放所占比例,达到25%。这是由于,半导体的生产制造需要整个价值链体系的复杂衔接与运转,这个过程需要极大电能支撑,而目前电能还主要依赖化石燃料。
以著名的芯片制造企业台积电为例,根据台积电公司自己发布的气候相关数据,2020年,台积电用电量为169亿度,超过整个台北市的用电量。
彭博社的报道则称,台积电2017年到2020年的温室气体排放量,已超过美国汽车巨头通用公司。一年的耗电量,约等于斯里兰卡全年的民用用电量,而该国人口为2100万。
此外,半导体产业的制造生产过程,不仅需要极大耗电量,对用水量也有很高要求。因为在芯片生产过程中,需用纯水对芯片上的杂质进行冲洗,而纯水来自淡水净化,必须占用大量水资源。以一座大型半导体Fab为例,日均耗水量可达数千吨。理论上说,芯片越先进,对水资源的占用就会越多。
由此可见,由于保护环境的内外部压力,对芯片企业的节能减碳要求也在水涨船高。这使得芯片企业们必须想出应对之道,让芯片制造业尽快成为“绿色行业”。
目前,世界上最大的半导体公司之一意法半导体,主要从两方面入手:一是加大对减排技术与低功耗解决方案的投入,从源头上找解决方案;此外,从esg角度出发,在监管、量化评估、全员参与、制度考评等方面,强化公司治理。
中国芯片制造企业做法如何?
伴随着巨大的国内市场需求,中国的半导体芯片产业正蓬勃兴起。半导体的研发和生产制造,已成为中国硬科技行业的重要领域,目前科创板上市公司中的半导体相关公司,已达到近百家。
“绿色芯片”的美好畅想,能否成为现实?
为了解国内半导体公司在节能减排方面的状况,《科创板日报》记者从科创板上市公司中,找出了复旦微电、海光信息、格科微、晶晨股份、澜起科技、龙芯中科等企业,进行案例研究,希望通过公开发布的财报等信息数据,管中窥豹,看看它们的实操情况。
总的来看,这几家上市公司对节能减排的紧迫性都有认知,在减少电能消耗、减少温室气体排放、进行员工培训与教育、采用绿色技术与产品、推动公司管理数智能化等环节,都有各自举措。
比如在节电节能环节,格科微采取了四个措施:1.建设节能工厂建设,通过调整车间用电布局、以及优化电量采购等,降低能耗;2.对氨氮吹脱系统,进行降温优化处理 ; 3.关闭低温冷水机组; 4.更换洁净室高架地板,调整风机滤清器转速,提高能源效率。
晶晨股份则采取了如下措施:使用节能装置,在楼顶安装太阳能发电装置;对集成控制面板进行设计改造,设置一键开关和场景按键,达到节能减排的目的;鼓励绿色办公:鼓励员工双面打印纸张,用废弃纸张贴发票等。
海光信息则在去年的成都高温限电期间,多方协调,积极配合国家限电政策,降低能耗。
在减少温室气体排放环节,复旦微电采取的措施有:使用ERP、MES等线上系统推进无纸化办公,减少纸张使用量;建立温室气体排放量的盘查与清册,定期核查;推动供应商持续改善CSR管理绩效,改进供应链的碳中和状况等。
澜起科技对“绿色办公”的做法和规定,较有特色。如公司对办公室的空调进行智能管控升级,通过线上远程管理设备,实现节能降耗 ; 办公室的照明,在白天自然光线良好的条件下,关闭对应区域的灯光。
在采取绿色技术与产品方面,复旦微电的做法是:致力于推广绿色产品、在内部建立有害物质管理体系、产品必须获得欧盟等第三方认证。
在管理的数智化方面,晶晨股份的特色做法是:研发办公室图像识别操控控制面板,通过图像捕捉及算法,识别区域内员工工作状态,达到自动开关该区域灯光、空调、新风、窗帘的功能。
就《科创板日报》记者对这六家半导体行业科创板上市公司的案例调研来看,在如上多个环节中,复旦微电和澜起科技的应对措施较为丰富;海光信息、格科微、晶晨股份的举措,相对居中;龙芯中科则较为简单,仅发布了节约能耗、制定办公室楼宇管理办法等通用措施。
不过,总体上看,这六家企业在从源头上找解决办法、加大对减排技术与低功耗解决方案的投入方面,均无多少着墨。
这是硬币的两面:一面是日新月异的半导体新技术,确实推进了社会进步和增进人类福祉;而另一面,则是技术发展随之带来的环保、能耗、甚至是科技伦理等新挑战。但愿在未来,这些忧思都不再成为问题。
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