شنايدر إلكتريك | التحدي الذي تواجهه صناعة أشباه الموصلات المتمثل في إزالة الكربون وتلبية الطلب على الرقائق

تعد صناعة أشباه الموصلات جزءًا مهمًا من بيئتنا الرقمية المتزايدة. وتشمل تقنياتها الهواتف وأجهزة الكمبيوتر التي نستخدمها للتواصل، والمركبات والطائرات التي تمكننا من النقل، والأجهزة الطبية التي تساعد في تشخيص وعلاج الأمراض، وأنظمة الشبكات الكهربائية التي تزود مدننا بالطاقة - وكلها ضرورية لحياتنا اليومية. لا يوجد مستقبل بدون أشباه الموصلات، ولكن الاستخدام الواسع النطاق لأشباه الموصلات يجلب أيضًا تحديات بيئية متزايدة.

1، التكلفة البيئية لأشباه الموصلات

ولتلبية الطلب، تقوم شركات أشباه الموصلات ببناء مصانع جديدة (FABS) يمكنها استهلاك ما يصل إلى 100 ميجاوات/ساعة من الكهرباء في الساعة، أي أكثر من العديد من مصانع السيارات أو مصافي النفط. سيؤدي مثل هذا الاستهلاك الكبير من الكهرباء إلى إنتاج الكثير من النفايات وانبعاثات الغازات الدفيئة وبصمة كربونية كبيرة.

وفي عام 2020، وصلت انبعاثات ثاني أكسيد الكربون الصادرة عن صناعة أشباه الموصلات إلى رقم مذهل قدره 41 مليون طن، أي ما يعادل الانبعاثات السنوية لخمسة ملايين منزل. ومن المتوقع أن يستهلك تصنيع أشباه الموصلات على مستوى العالم 237 تيراواط/ساعة من الكهرباء بحلول عام 2030، وهو ما يعادل تقريبًا إجمالي استهلاك الكهرباء في أستراليا في عام 2021.

مع تزايد أهمية الإلكترونيات، يجب على الشركات المصنعة معالجة القضايا المتعلقة باستهلاك الطاقة والاستدامة. وجدت الأبحاث الأخيرة التي أجرتها شركة ماكينزي أن الالتزامات الأخيرة من قبل شركات أشباه الموصلات الكبرى لا تزال أقل من متطلبات اتفاقية باريس لعام 2016.

ولذلك، فإن الشركات التي تفشل في العمل بشكل أكثر مراعاة للبيئة قد تواجه قيودًا وعقوبات أكثر صرامة من الحكومة في المستقبل، بالإضافة إلى طلبات أقل من العملاء عندما يصبحون أكثر وعيًا بالبيئة. وفي المقابل، فإن الشركات التي تعمل على تحسين كفاءة استخدام الطاقة في وقت مبكر ستوفر موارد كبيرة وتفتح المجال أمام فرص نمو هائلة. ومن أجل حماية مستقبل الأعمال، يجب على الشركات المصنعة وضع استراتيجية للتنمية المستدامة الآن.

2، للحفاظ على استدامة التنمية مع مقاومة الصدمات

بالإضافة إلى المخاوف البيئية، لا يزال العديد من المصنعين يتعاملون مع الصدمة والتداعيات الناجمة عن أزمة أشباه الموصلات العالمية. طوال فترة الوباء، أدت "العاصفة الكاملة" من الأحداث العالمية إلى توقف الإنتاج تقريبًا: فقد أدى إغلاق كوفيد-19 إلى تسريع الطلب على الأجهزة الإلكترونية الاستهلاكية وإغلاق المصانع التي تنتج المكونات اللازمة.

وفي الوقت نفسه، ساهمت الحرب التجارية بين الولايات المتحدة والصين، والحرب الروسية الأوكرانية، والأحداث المناخية القاسية، والحرائق في مرافق الإنتاج، والاعتماد العام على واردات أشباه الموصلات بدلا من التصنيع المحلي، في استمرار نقص المعروض من أشباه الموصلات.

تظهر الأبحاث أنه في ذروة النقص في الرقائق، تأثر ما يصل إلى 169 شركة حول العالم. وتتحمل صناعات الإلكترونيات الاستهلاكية والسيارات العبء الأكبر. من الصعب الحصول على جهاز PlayStation 5، وقد خفضت شركة Apple أهداف إنتاج أجهزة iPhone، وخفضت Toyota إنتاج المركبات بنسبة 40٪، وأوقفت شركة General Motors إنتاج المركبات في مصانعها في أمريكا الشمالية.

بشكل عام، كلف النقص في أشباه الموصلات صناعة السيارات ما يصل إلى 210 مليارات دولار من الإيرادات المفقودة في عام 2021. وبينما تكيف المصنعون الآن مع الإمداد الضيق من أشباه الموصلات، فإن المنتجات المعقدة بشكل متزايد، مثل السيارات الكهربائية ذات أنظمة السلامة المتقدمة والقيادة الذاتية، ستستمر في التسارع. الطلب على أشباه الموصلات ويؤدي إلى تغييرات كبيرة في مشهد التصنيع. لقد تركز إنتاج أشباه الموصلات في آسيا على مدى العقد الماضي، لذا تتطلع الشركات والبلدان الآن إلى بناء سلاسل توريد أكثر تنوعا ومرونة في مواجهة التأثيرات.

وفي أكتوبر 2022، فرضت الحكومة الأمريكية قواعد مراقبة الصادرات للحد من إنتاج الصين للرقائق الأكثر تقدمًا في العالم. وفي الوقت نفسه، يعتزم الاتحاد الأوروبي أن يصبح لاعباً مهماً من خلال قانون الرقائق الأوروبي. ومع تحول الاستثمار من منطقة آسيا والمحيط الهادئ إلى أمريكا الشمالية وأوروبا، يتعين على الشركات المصنعة أن تكون مستعدة لتقديم خدمات منخفضة الكربون حتى تتمكن من التميز بين المنافسين.

3، خطة من ثلاث خطوات لتحقيق المرونة والاستدامة

يعد تحديد خط الأساس البيئي "مسارًا مطلوبًا" لصناعة الرقائق لتحقيق إزالة الكربون.

في شنايدر إلكتريك، حددنا ثلاث خطوات رئيسية لمساعدة شركات أشباه الموصلات بجميع أنواعها وأحجامها على ترجمة الأهداف المستدامة ذات الانبعاثات الصفرية إلى عمل.

تتضمن الخطوة الأولى، والتي تسمى "وضع الاستراتيجيات"، قياس أداء الطاقة الحالي للشركة المصنعة والبصمة الكربونية، ثم تطوير خطة صافي الصفر التي من شأنها أن تؤدي إلى نتائج ملموسة. في الواقع، يتضمن ذلك إنشاء خط أساس لانبعاثات الكربون، وفحص التقنيات الرقمية لتحديد الثغرات وإرشاد خرائط الطريق المستقبلية، وتقييم الجدوى الفنية والاقتصادية لتحديد أولويات العمل، ومحاكاة سيناريوهات تجديد المباني لوضع خرائط الطريق والجداول الزمنية. وعلى وجه الخصوص، سيؤدي استخدام تقنية التوأم الرقمي الكهربائي في تصميم ومحاكاة نظام الطاقة FABS الجديد إلى تحسين تصميمه وتحسين الشبكة لتلبية المتطلبات والمعايير المحلية.

الخطوة الثانية هي التحول الرقمي. وهذا يعني إنشاء مركز رقمي يراقب ويصور استخدام الطاقة والموارد في شركات أشباه الموصلات، مما يمكن القادة من اتخاذ قرارات الاستدامة القائمة على البيانات والإبلاغ عن التقدم المحرز نحو تحقيق الأهداف المحددة. يساعد هذا المصدر الوحيد للحقيقة على تتبع عملية زرع الكربون (بما في ذلك نمذجة معلومات البناء)، بالإضافة إلى قياسات الطاقة والكربون (بما في ذلك بيانات إمدادات الطاقة والمرافق المركزية)، وتنفيذ تحليلات الذكاء الاصطناعي المستندة إلى السحابة.

الخطوة الثالثة هي "إزالة الكربون". في هذه الخطوة، سيتم وضع الإجراء الحقيقي موضع التنفيذ ويجب على مصنعي أشباه الموصلات استخدام الرؤى المكتسبة من خطوات "وضع الاستراتيجيات" و"إزالة الكربون" لتحقيق تحسينات حقيقية في الاستدامة.

ستعتمد التحديثات المحددة على النتائج التي توصلوا إليها، ولكن الأمثلة تشمل كهربة مركبات الأسطول، وتركيب مولدات الطاقة المتجددة، وشراء منتجات منخفضة أو خالية من الكربون، واستخدام الذكاء الاصطناعي لتحسين استهلاك الطاقة في الموقع في الوقت الحقيقي.

4، العمل مع مستشارين موثوقين وشركاء محترفين

بالإضافة إلى عملية "وضع الاستراتيجيات" و"الرقمنة" و"إزالة الكربون" المكونة من ثلاث خطوات، يعد التعاون والشراكات أيضًا مفتاحًا لنجاح صناعة أشباه الموصلات في مجال الاستدامة. تتطلب الاستدامة طويلة المدى مجالات مختلفة من الخبرة والدعم، لذا يجب على الشركات المصنعة أن تدرك أنه لا يمكن لأي شركة تحقيق ذلك بمفردها. وبدلا من ذلك، يتعين على منتجي وموردي أشباه الموصلات أن يعملوا معا للاستفادة من الخبرات والتكنولوجيا الخارجية.

لعبت شنايدر إلكتريك منذ فترة طويلة دورًا مهمًا في مساعدة شركات أشباه الموصلات على مواجهة تحديات الاستدامة وإزالة الكربون. على سبيل المثال، دخلت الشركة مؤخرًا في شراكة مع شركة Intel، إحدى الشركات الرائدة في العالم في مجال تصميم وتصنيع أشباه الموصلات، وشركة Applied Materials، أكبر شركة في العالم لأشباه الموصلات ومعدات العرض، لإطلاق مبادرة "Catalyze": وهي مبادرة تعاونية جديدة لتسريع الاستخدام. الطاقة المتجددة عبر سلسلة القيمة العالمية لأشباه الموصلات. وبمساعدة برنامج Catalyze، سيتمكن قادة صناعة أشباه الموصلات من تحقيق مجموعة من أهداف الاستدامة ومرونة التأثير، بما في ذلك:

◎ دمج القوة الشرائية للطاقة عبر سلسلة قيمة أشباه الموصلات لتسريع نشر مشاريع الطاقة المتجددة

◎ المشاركة في سوق اتفاقيات شراء الطاقة على نطاق المرافق

◎ تطوير نماذج تشغيلية لتخطيط سلسلة التوريد لسد الفجوة المستهدفة لصافي الطاقة

◎ في مناطق محددة من العالم حيث تعمل سلسلة قيمة أشباه الموصلات، زيادة الوعي بتوافر الطاقة المتجددة

◎ قيادة صناعة أشباه الموصلات لدفع خطوات تالية واضحة

5، الطاقة المستدامة في تصنيع أشباه الموصلات

وفي نهاية المطاف، لا تتوافق تدابير الاستدامة الاستباقية مع الأهداف البيئية العالمية فحسب، بل إنها منطقية أيضا بالنسبة للنتيجة النهائية لمصانع تصنيع أشباه الموصلات.

أظهرت الدراسات أن تنفيذ استراتيجيات الاستدامة يمكن أن يقلل التكاليف ويكون له تأثير إيجابي على الأرباح التشغيلية بنسبة تصل إلى 60%. بالإضافة إلى ذلك، فإن تبني ممارسات مستدامة يقلل من المخاطر طويلة المدى ويفتح الفرص في أسواق جديدة.

والآن بعد أن يبدو أننا قد خرجنا من أزمة أشباه الموصلات، أصبح لدى المصنعين القدرة على تحقيق نمو هائل من خلال التحسينات الطويلة الأجل. فهي لا توفر الكثير من المال فحسب، بل إنها تفتح أيضًا إمكانيات هائلة لكفاءة استخدام الطاقة. والجزء الأفضل؟ الأدوات اللازمة للقيام بذلك موجودة أمامنا مباشرة. وبمساعدة شبكة من الشركاء ذوي المعرفة، يجب على شركات أشباه الموصلات الآن أن تتعلم كيفية إزالة الكربون، والرقمنة، ووضع الاستراتيجيات.

فونتيل تكنولوجيز بي تي إي. المحدودة. يقع مقرنا في سنغافورة، ونحن نركز على البحث والتطوير والتصنيع والخدمات الفنية لأجزاء السيراميك الدقيقة في مجال أشباه الموصلات لأكثر من 10 سنوات. منتجنا الرئيسي هو ظرف فراغ السيراميك (ظرف الدبوس ، ظرف الأخدود ، ظرف مسامي وظرف إلكتروستاتيكي) ، المؤثر النهائي الخزفي ، المكبس الخزفي وشعاع السيراميك ودليله وينتج العديد من السيراميك (السيراميك المسامي ، الألومينا ، الزركونيا ، نيتريد السيليكون ، كربيد السيليكون ونيتريد الألومنيوم والسيراميك العازل للميكروويف وأجزاء السيراميك المتقدمة الأخرى.