Schneider Electric | Thách thức của ngành công nghiệp bán dẫn trong việc khử cacbon và đáp ứng nhu cầu chip

Ngành công nghiệp bán dẫn là một phần quan trọng trong môi trường kỹ thuật số ngày càng phát triển của chúng ta. Các công nghệ của nó bao gồm điện thoại và máy tính mà chúng ta sử dụng để liên lạc, các phương tiện và máy bay cho phép chúng ta di chuyển, các thiết bị y tế giúp chẩn đoán và điều trị bệnh cũng như hệ thống lưới điện cung cấp năng lượng cho các thành phố của chúng ta - tất cả đều cần thiết cho cuộc sống hàng ngày của chúng ta. Không có tương lai nếu không có chất bán dẫn, nhưng việc sử dụng rộng rãi chất bán dẫn cũng mang đến những thách thức môi trường ngày càng tăng.

1, Chi phí môi trường của chất bán dẫn

Để đáp ứng nhu cầu, các công ty bán dẫn đang xây dựng các nhà máy sản xuất mới (FABS) có thể tiêu thụ tới 100 megawatt giờ điện mỗi giờ, nhiều hơn nhiều nhà máy ô tô hoặc nhà máy lọc dầu. Việc tiêu thụ điện lớn như vậy sẽ tạo ra nhiều chất thải, phát thải khí nhà kính và lượng khí thải carbon lớn.

Năm 2020, lượng khí thải CO2 của ngành bán dẫn đạt mức đáng kinh ngạc 41 triệu tấn, tương đương với lượng khí thải hàng năm của 5 triệu ngôi nhà. Sản xuất chất bán dẫn toàn cầu dự kiến ​​sẽ tiêu thụ 237 terawatt giờ (TWh) điện vào năm 2030, gần bằng tổng mức tiêu thụ điện của Úc vào năm 2021.

Với tầm quan trọng ngày càng tăng của thiết bị điện tử, các nhà sản xuất phải giải quyết các vấn đề xung quanh việc tiêu thụ năng lượng và tính bền vững. Nghiên cứu gần đây của McKinsey cho thấy những cam kết mới nhất của các công ty bán dẫn lớn vẫn chưa đáp ứng được yêu cầu của Thỏa thuận Paris 2016.

Do đó, những công ty không hoạt động thân thiện với môi trường hơn có thể phải đối mặt với những hạn chế và trừng phạt cứng rắn hơn từ chính phủ trong tương lai, cũng như ít đơn đặt hàng hơn từ khách hàng khi họ trở nên có ý thức hơn về môi trường. Ngược lại, những công ty sớm tối ưu hóa hiệu quả sử dụng năng lượng sẽ tiết kiệm được nguồn lực đáng kể và mở ra cho mình những cơ hội tăng trưởng to lớn. Để bảo vệ tương lai của doanh nghiệp, nhà sản xuất phải xây dựng chiến lược phát triển bền vững ngay từ bây giờ.

2 Để duy trì sự phát triển bền vững với khả năng chống sốc

Ngoài những lo ngại về môi trường, nhiều nhà sản xuất vẫn đang phải đối mặt với cú sốc và hậu quả từ cuộc khủng hoảng chất bán dẫn toàn cầu. Trong suốt thời kỳ đại dịch, một “cơn bão hoàn hảo” gồm các sự kiện toàn cầu đã gần như khiến hoạt động sản xuất rơi vào tình trạng bế tắc: lệnh phong tỏa vì Covid-19 vừa thúc đẩy nhu cầu về thiết bị điện tử tiêu dùng vừa khiến các nhà máy sản xuất linh kiện cần thiết phải đóng cửa.

Đồng thời, chiến tranh thương mại Mỹ-Trung, chiến tranh Nga-Ukraine, các sự kiện thời tiết khắc nghiệt, hỏa hoạn tại các cơ sở sản xuất và sự phụ thuộc chung vào nhập khẩu chất bán dẫn thay vì sản xuất trong nước cũng góp phần khiến nguồn cung chất bán dẫn tiếp tục thiếu.

Nghiên cứu cho thấy vào thời kỳ đỉnh điểm của tình trạng thiếu chip, có tới 169 công ty trên thế giới bị ảnh hưởng. Các ngành công nghiệp điện tử tiêu dùng và ô tô đang phải gánh chịu hậu quả nặng nề. Khó có được PlayStation 5, Apple đã cắt giảm mục tiêu sản xuất iPhone, Toyota cắt giảm 40% sản lượng xe và General Motors đã đình chỉ sản xuất xe tại các nhà máy ở Bắc Mỹ.

Nhìn chung, tình trạng thiếu chất bán dẫn khiến ngành công nghiệp ô tô bị mất doanh thu lên tới 210 tỷ USD vào năm 2021. Trong khi các nhà sản xuất hiện đã thích nghi với nguồn cung chất bán dẫn khan hiếm, các sản phẩm ngày càng phức tạp, chẳng hạn như xe điện với hệ thống lái tự động và an toàn tiên tiến, sẽ tiếp tục tăng tốc. nhu cầu bán dẫn và gây ra những thay đổi lớn trong bối cảnh sản xuất. Sản xuất chất bán dẫn đã tập trung ở châu Á trong thập kỷ qua, vì vậy các công ty và quốc gia hiện đang tìm cách xây dựng chuỗi cung ứng đa dạng hơn và có khả năng chống chịu tác động tốt hơn.

Vào tháng 10 năm 2022, chính phủ Mỹ đã áp đặt các quy định kiểm soát xuất khẩu nhằm hạn chế việc Trung Quốc sản xuất loại chip tiên tiến nhất thế giới. Đồng thời, EU dự định trở thành một người chơi quan trọng thông qua Đạo luật Chips Châu Âu. Khi đầu tư chuyển từ Châu Á Thái Bình Dương sang Bắc Mỹ và Châu Âu, các nhà sản xuất phải sẵn sàng cung cấp các dịch vụ carbon thấp để nổi bật so với đối thủ cạnh tranh.

3,Kế hoạch ba bước để đạt được khả năng phục hồi và bền vững

Xác định đường cơ sở về môi trường là “quy trình bắt buộc” để ngành công nghiệp chip đạt được mục tiêu khử cacbon.

Tại Schneider Electric, chúng tôi đã xác định ba bước chính để giúp các công ty bán dẫn thuộc mọi loại hình và quy mô biến các mục tiêu bền vững, không phát thải ròng thành hành động.

Bước đầu tiên, được gọi là "lập chiến lược", bao gồm việc đo lường hiệu suất năng lượng hiện tại và lượng khí thải carbon của nhà sản xuất, sau đó phát triển một kế hoạch không tạo ra kết quả rõ ràng. Trên thực tế, điều này bao gồm việc thiết lập đường cơ sở về lượng khí thải carbon, kiểm tra các công nghệ kỹ thuật số để xác định những khoảng trống và đưa ra lộ trình trong tương lai, đánh giá tính khả thi về mặt kỹ thuật và kinh tế để ưu tiên hành động và mô phỏng các kịch bản cải tạo tòa nhà để xây dựng lộ trình và mốc thời gian. Đặc biệt, việc sử dụng công nghệ song sinh điện kỹ thuật số trong thiết kế và mô phỏng hệ thống điện FABS mới sẽ cải thiện thiết kế và tối ưu hóa mạng lưới để đáp ứng các yêu cầu và tiêu chuẩn địa phương.

Bước thứ hai là chuyển sang kỹ thuật số. Điều này có nghĩa là tạo ra một trung tâm kỹ thuật số có chức năng giám sát và trực quan hóa việc sử dụng năng lượng và tài nguyên của các doanh nghiệp bán dẫn, cho phép các nhà lãnh đạo đưa ra quyết định về tính bền vững dựa trên dữ liệu và báo cáo tiến độ hướng tới các mục tiêu đã thiết lập. Nguồn thông tin chính xác duy nhất này giúp theo dõi quá trình cấy cacbon (bao gồm lập mô hình thông tin tòa nhà), cũng như các phép đo năng lượng và cacbon (bao gồm dữ liệu tiện ích và cung cấp năng lượng tập trung) cũng như triển khai phân tích AI dựa trên đám mây.

Bước thứ ba là "khử cacbon". Ở bước này, hành động thực sự sẽ được thực hiện và các nhà sản xuất chất bán dẫn phải sử dụng những hiểu biết sâu sắc thu được từ các bước "chiến lược hóa" và "khử cacbon" để đạt được những cải tiến bền vững thực sự.

Các nâng cấp cụ thể sẽ phụ thuộc vào phát hiện của họ, nhưng các ví dụ bao gồm điện khí hóa các phương tiện, lắp đặt máy phát năng lượng tái tạo, mua các sản phẩm có hàm lượng carbon thấp hoặc không có carbon và sử dụng trí tuệ nhân tạo để tối ưu hóa mức tiêu thụ năng lượng tại chỗ trong thời gian thực.

4, Làm việc với các chuyên gia tư vấn đáng tin cậy và các đối tác chuyên nghiệp

Ngoài quy trình ba bước gồm "chiến lược hóa", "số hóa" và "khử cacbon", sự hợp tác và quan hệ đối tác cũng là chìa khóa dẫn đến sự thành công bền vững của ngành bán dẫn. Tính bền vững lâu dài đòi hỏi các lĩnh vực chuyên môn và hỗ trợ khác nhau, vì vậy các nhà sản xuất phải nhận ra rằng không một công ty nào có thể tự mình đạt được điều này. Thay vào đó, các nhà sản xuất và cung cấp chất bán dẫn phải làm việc cùng nhau để tận dụng chuyên môn và công nghệ bên ngoài.

Schneider Electric từ lâu đã đóng vai trò quan trọng trong việc giúp các công ty bán dẫn đáp ứng các thách thức về tính bền vững và khử cacbon. Ví dụ: gần đây công ty đã hợp tác với Intel, một trong những công ty sản xuất và thiết kế chất bán dẫn hàng đầu thế giới, vàApplied Materials, công ty thiết bị hiển thị và bán dẫn lớn nhất thế giới, để triển khai sáng kiến ​​"Catalyze": một sáng kiến ​​hợp tác mới nhằm đẩy nhanh việc sử dụng năng lượng tái tạo trong chuỗi giá trị bán dẫn toàn cầu. Với sự trợ giúp của chương trình Catalyze, các nhà lãnh đạo ngành bán dẫn sẽ có thể đạt được nhiều mục tiêu về tính bền vững và khả năng phục hồi sau tác động, bao gồm:

◎ Tích hợp sức mua năng lượng trong chuỗi giá trị chất bán dẫn để đẩy nhanh việc triển khai các dự án năng lượng tái tạo

◎ Tham gia thị trường hợp đồng mua bán điện quy mô tiện ích

◎ Phát triển các mô hình hoạt động để lập kế hoạch chuỗi cung ứng nhằm thu hẹp khoảng cách mục tiêu năng lượng bằng không

◎ tại các khu vực cụ thể trên thế giới nơi chuỗi giá trị bán dẫn đang vận hành, Nâng cao nhận thức về tính sẵn có của năng lượng tái tạo

◎ Dẫn đầu ngành bán dẫn để thúc đẩy các bước tiếp theo rõ ràng

5, Năng lượng bền vững trong sản xuất chất bán dẫn

Cuối cùng, các biện pháp chủ động phát triển bền vững không chỉ phù hợp với các mục tiêu môi trường toàn cầu mà còn có ý nghĩa đối với lợi nhuận của các nhà máy sản xuất chất bán dẫn.

Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng việc thực hiện các chiến lược bền vững có thể giảm chi phí và có tác động tích cực đến lợi nhuận hoạt động lên tới 60%. Ngoài ra, việc áp dụng các biện pháp bền vững giúp giảm rủi ro dài hạn và mở ra cơ hội tại các thị trường mới.

Giờ đây, chúng ta dường như đã thoát ra khỏi cuộc khủng hoảng chất bán dẫn, các nhà sản xuất có tiềm năng đạt được mức tăng trưởng vượt bậc thông qua những cải tiến dài hạn. Chúng không chỉ tiết kiệm được nhiều tiền mà còn mở ra những khả năng to lớn về hiệu quả sử dụng năng lượng. Và phần tốt nhất? Các công cụ để thực hiện việc này ở ngay trước mắt chúng ta. Với sự trợ giúp của mạng lưới các đối tác am hiểu, các công ty bán dẫn giờ đây phải học cách khử cacbon, số hóa và lập chiến lược.

CÔNG TY TNHH CÔNG NGHỆ FOUNTYL. TNHH. được đặt tại Singapore, chúng tôi đang tập trung vào nghiên cứu và phát triển, sản xuất và dịch vụ kỹ thuật các bộ phận gốm sứ chính xác trong lĩnh vực bán dẫn trong hơn 10 năm. Sản phẩm chính của chúng tôi là mâm cặp chân không bằng gốm (mâm cặp có chốt, mâm cặp có rãnh, mâm cặp xốp và mâm cặp tĩnh điện), bộ phận đầu cuối bằng gốm, pít tông gốm và dầm & dẫn hướng bằng gốm và sản xuất nhiều loại gốm (gốm xốp, alumina, zirconia, silicon nitride, cacbua silic , nhôm nitrit và gốm điện môi vi sóng và các bộ phận gốm tiên tiến khác).