Vấn đề năng lượng

Quy trình sản xuất bán dẫn tiêu tốn rất nhiều năng lượng, dao động từ 200 đến 1500 kWh mỗi tấm wafer, tùy thuộc vào công nghệ. Với các node cũ như 130nm hay 90nm, mức tiêu thụ thường là 200-400 kWh mỗi tấm. Trong khi đó, các node tiên tiến như 7nm, 5nm, hoặc 3nm có mức tiêu thụ cao gấp nhiều lần, từ 800-1500 kWh mỗi tấm. Nguyên nhân là do các quy trình phức tạp hơn, cần thêm nhiều bước xử lý và sử dụng các thiết bị chính xác cao như quang khắc EUV, vốn tiêu thụ hơn 1 MW điện năng.

Đối với các chip dưới 7nm, EUV là công nghệ không thể thiếu để tạo ra các tính năng siêu nhỏ. Tuy nhiên, công nghệ này rất hao tốn năng lượng, cần hơn 1 MW để vận hành. Ngoài ra, số lượng bước quang khắc trong quy trình cũng tăng đáng kể, làm gia tăng mức tiêu thụ điện năng tổng thể.

Vấn đề nguồn nước

Sản xuất bán dẫn cần sử dụng lượng nước khổng lồ, từ 1500 đến 10,000 gallon (5,700 – 37,800 lít) cho mỗi tấm wafer. Với các node cũ, mức tiêu thụ này chỉ khoảng 1500-3000 gallon (5,700 – 11,400 lít). Tuy nhiên, các node tiên tiến yêu cầu từ 4000 đến 10,000 gallon (15,100 – 37,800 lít). Điều này do các quy trình tiên tiến đòi hỏi nhiều bước làm sạch hơn để tránh lỗi và yêu cầu nước siêu tinh khiết (UPW), vốn cần năng lượng lớn để sản xuất.

Vấn đề về môi trường

Chip bán dẫn phải được sản xuất trong môi trường không có bụi, nơi nhiệt độ, độ ẩm và chất lượng không khí được kiểm soát nghiêm ngặt 24/7. Việc duy trì điều kiện này đòi hỏi lượng năng lượng khổng lồ, khiến các nhà máy bán dẫn trở thành những cơ sở tiêu tốn tài nguyên hàng đầu.

Việc tiêu thụ năng lượng và nước lớn trong sản xuất bán dẫn để lại dấu ấn carbon đáng kể. Điều này đặt ra thách thức lớn về môi trường trong bối cảnh toàn cầu đang hướng tới sự bền vững.

Giải pháp của các công ty hàng đầu

Các công ty sản xuất chip lớn như TSMC, Intel, và Samsung đang nỗ lực giảm thiểu tác động môi trường bằng cách sử dụng các hệ thống tái chế nước khép kín và xây dựng các cơ sở tiết kiệm năng lượng. Họ cũng đầu tư vào công nghệ xanh và chuyển sang năng lượng tái tạo để giảm carbon. Tuy nhiên, một lượng lớn nước sạch vẫn cần thiết để sản xuất nước siêu tinh khiết, tạo thêm thách thức cho các nhà sản xuất.

Việc phát triển các quy trình sản xuất hiệu quả hơn về năng lượng và nước là chìa khóa để giảm chi phí và tác động môi trường. Chuyển đổi sang năng lượng tái tạo và đổi mới công nghệ không chỉ giúp giải quyết các vấn đề hiện tại mà còn mở đường cho ngành bán dẫn phát triển bền vững hơn trong tương lai.