Schneider Electric | Die Herausforderung der Halbleiterindustrie bei der Dekarbonisierung und Deckung der Chipnachfrage

Die Halbleiterindustrie ist ein wichtiger Teil unseres zunehmend digitalen Umfelds. Zu seinen Technologien gehören die Telefone und Computer, mit denen wir kommunizieren, die Fahrzeuge und Flugzeuge, die uns den Transport ermöglichen, die medizinischen Geräte, die bei der Diagnose und Behandlung von Krankheiten helfen, und die Stromnetze, die unsere Städte mit Strom versorgen – allesamt lebenswichtig für unser tägliches Leben. Ohne Halbleiter gibt es keine Zukunft, doch der weit verbreitete Einsatz von Halbleitern bringt auch wachsende Umweltherausforderungen mit sich.

1，Die Umweltkosten von Halbleitern

Um die Nachfrage zu decken, bauen Halbleiterunternehmen neue Produktionsanlagen (FABS), die bis zu 100 Megawattstunden Strom pro Stunde verbrauchen können, mehr als viele Autofabriken oder Ölraffinerien. Ein solch hoher Stromverbrauch wird eine Menge Abfall, Treibhausgasemissionen und einen großen CO2-Fußabdruck verursachen.

Im Jahr 2020 erreichten die CO2-Emissionen der Halbleiterindustrie unglaubliche 41 Millionen Tonnen, was den jährlichen Emissionen von 5 Millionen Haushalten entspricht. Die weltweite Halbleiterfertigung wird bis 2030 voraussichtlich 237 Terawattstunden (TWh) Strom verbrauchen, was in etwa dem gesamten Stromverbrauch Australiens im Jahr 2021 entspricht.

Angesichts der wachsenden Bedeutung der Elektronik müssen sich Hersteller mit Fragen rund um Energieverbrauch und Nachhaltigkeit befassen. Aktuelle Untersuchungen von McKinsey ergaben, dass die jüngsten Verpflichtungen großer Halbleiterunternehmen immer noch hinter den Anforderungen des Pariser Abkommens von 2016 zurückbleiben.

Unternehmen, die es versäumen, umweltfreundlicher zu wirtschaften, müssen daher in Zukunft möglicherweise mit strengeren Beschränkungen und Sanktionen seitens der Regierung sowie mit weniger Bestellungen von Kunden rechnen, da sie umweltbewusster werden. Im Gegensatz dazu sparen Unternehmen, die ihre Energieeffizienz frühzeitig optimieren, erhebliche Ressourcen ein und eröffnen sich enorme Wachstumschancen. Um die Zukunft des Unternehmens zu sichern, müssen Hersteller jetzt eine nachhaltige Entwicklungsstrategie entwickeln.

2，Um die Nachhaltigkeit der Entwicklung mit Schockresistenz aufrechtzuerhalten

Zusätzlich zu den Umweltbedenken kämpfen viele Hersteller immer noch mit den Schocks und Folgen der globalen Halbleiterkrise. Während der Pandemie hat ein „perfekter Sturm“ globaler Ereignisse die Produktion nahezu zum Erliegen gebracht: Der COVID-19-Lockdown hat sowohl die Nachfrage nach Unterhaltungselektronik beschleunigt als auch Fabriken geschlossen, die die benötigten Komponenten herstellen.

Gleichzeitig haben auch der Handelskrieg zwischen den USA und China, der Krieg zwischen Russland und der Ukraine, schwere Wetterereignisse, Brände in Produktionsanlagen und die allgemeine Abhängigkeit von Halbleiterimporten anstelle der inländischen Fertigung zum anhaltenden Mangel an Halbleiterangeboten beigetragen.

Untersuchungen zeigen, dass auf dem Höhepunkt des Chipmangels weltweit bis zu 169 Unternehmen betroffen waren. Die Verbraucherelektronik- und Automobilindustrie tragen die Hauptlast. Die PlayStation 5 ist schwer zu bekommen, Apple hat die Produktionsziele für iPhones gekürzt, Toyota hat die Fahrzeugproduktion um 40 % gekürzt und General Motors hat die Fahrzeugproduktion in seinen nordamerikanischen Werken eingestellt.

Insgesamt kostet die Halbleiterknappheit der Automobilindustrie im Jahr 2021 Umsatzeinbußen in Höhe von bis zu 210 Milliarden US-Dollar. Während sich die Hersteller mittlerweile an das knappe Angebot an Halbleitern angepasst haben, werden immer komplexere Produkte wie Elektrofahrzeuge mit fortschrittlicher Sicherheit und autonomen Fahrsystemen immer schneller Die Nachfrage nach Halbleitern wird steigen und große Veränderungen in der Fertigungslandschaft auslösen. Da sich die Halbleiterproduktion im letzten Jahrzehnt auf Asien konzentrierte, sind Unternehmen und Länder nun bestrebt, vielfältigere und widerstandsfähigere Lieferketten aufzubauen.

Im Oktober 2022 erließ die US-Regierung Exportkontrollvorschriften, um Chinas Produktion der weltweit fortschrittlichsten Chips einzuschränken. Gleichzeitig will die EU durch den European Chips Act zu einem wichtigen Akteur werden. Da sich Investitionen vom asiatisch-pazifischen Raum nach Nordamerika und Europa verlagern, müssen Hersteller darauf vorbereitet sein, kohlenstoffarme Dienstleistungen anzubieten, um sich von der Konkurrenz abzuheben.

3，Ein dreistufiger Plan zur Erreichung von Widerstandsfähigkeit und Nachhaltigkeit

Die Ermittlung der Umwelt-Grundlinie sei ein „erforderlicher Kurs“ für die Chipindustrie, um die Dekarbonisierung zu erreichen.

Bei Schneider Electric haben wir drei wichtige Schritte identifiziert, um Halbleiterunternehmen aller Art und Größe dabei zu helfen, nachhaltige Netto-Null-Emissionen in die Tat umzusetzen.

Der erste Schritt, „Strategieentwicklung“ genannt, besteht darin, die aktuelle Energieleistung und den CO2-Fußabdruck des Herstellers zu messen und dann einen Netto-Null-Plan zu entwickeln, der greifbare Ergebnisse liefert. In der Realität umfasst dies die Festlegung einer Basis für CO2-Emissionen, die Untersuchung digitaler Technologien zur Identifizierung von Lücken und als Grundlage für künftige Roadmaps, die Bewertung der technischen und wirtschaftlichen Machbarkeit zur Priorisierung von Maßnahmen sowie die Simulation von Gebäuderenovierungsszenarien zur Entwicklung von Roadmaps und Zeitplänen. Insbesondere der Einsatz der elektrischen Digital-Twin-Technologie beim Entwurf und der Simulation des neuen FABS-Stromversorgungssystems wird dessen Design verbessern und das Netzwerk optimieren, um lokale Anforderungen und Standards zu erfüllen.

Der zweite Schritt ist die Digitalisierung. Dies bedeutet die Schaffung eines digitalen Hubs, der den Energie- und Ressourcenverbrauch von Halbleiterunternehmen überwacht und visualisiert und es Führungskräften ermöglicht, datenbasierte Nachhaltigkeitsentscheidungen zu treffen und über Fortschritte bei der Erreichung festgelegter Ziele zu berichten. Diese einzige Quelle der Wahrheit hilft dabei, die Kohlenstoffimplantation (einschließlich Gebäudeinformationsmodellierung) sowie Energie- und Kohlenstoffmessungen (einschließlich zentralisierter Energieversorgungs- und Versorgungsdaten) zu verfolgen und cloudbasierte KI-Analysen zu implementieren.

Der dritte Schritt ist die „Dekarbonisierung“. In diesem Schritt werden die eigentlichen Maßnahmen in die Tat umgesetzt und Halbleiterhersteller müssen die Erkenntnisse aus den Schritten „Strategie“ und „Dekarbonisierung“ nutzen, um echte Nachhaltigkeitsverbesserungen zu erzielen.

Spezifische Upgrades werden von ihren Erkenntnissen abhängen, aber Beispiele hierfür sind die Elektrifizierung von Flottenfahrzeugen, die Installation von Generatoren für erneuerbare Energien, der Kauf von kohlenstoffarmen oder kohlenstofffreien Produkten und der Einsatz künstlicher Intelligenz zur Optimierung des Energieverbrauchs vor Ort in Echtzeit.

4. Arbeiten Sie mit zuverlässigen Beratern und professionellen Partnern zusammen

Neben dem dreistufigen Prozess „Strategieentwicklung“, „Digitalisierung“ und „Dekarbonisierung“ sind auch Zusammenarbeit und Partnerschaften der Schlüssel zum Erfolg der Halbleiterindustrie in Sachen Nachhaltigkeit. Langfristige Nachhaltigkeit erfordert unterschiedliche Fachkenntnisse und Unterstützung, daher müssen Hersteller erkennen, dass kein einzelnes Unternehmen dies allein erreichen kann. Stattdessen müssen Halbleiterhersteller und -lieferanten zusammenarbeiten, um externes Fachwissen und Technologie zu nutzen.

Schneider Electric spielt seit langem eine wichtige Rolle dabei, Halbleiterunternehmen bei der Bewältigung der Herausforderungen in den Bereichen Nachhaltigkeit und Dekarbonisierung zu unterstützen. Beispielsweise hat das Unternehmen kürzlich eine Partnerschaft mit Intel, einem der weltweit führenden Unternehmen für Halbleiterdesign und -fertigung, und Applied Materials, dem weltweit größten Hersteller von Halbleiter- und Displayausrüstung, geschlossen, um die „Catalyze“-Initiative zu starten: eine neue Gemeinschaftsinitiative zur Beschleunigung der Nutzung erneuerbarer Energie entlang der globalen Halbleiter-Wertschöpfungskette. Mit Hilfe des Catalyze-Programms werden führende Unternehmen der Halbleiterindustrie in der Lage sein, eine Reihe von Nachhaltigkeits- und Impact-Resilienzzielen zu erreichen, darunter:

◎ Integrieren Sie die Energiekaufkraft in die gesamte Halbleiter-Wertschöpfungskette, um den Einsatz von Projekten für erneuerbare Energien zu beschleunigen

◎ Beteiligen Sie sich am Markt für Stromabnahmeverträge im Versorgungsmaßstab

◎ Entwickeln Sie Betriebsmodelle für die Lieferkettenplanung, um die Lücke beim Netto-Null-Energieziel zu schließen

◎ in bestimmten Regionen der Welt, in denen die Halbleiter-Wertschöpfungskette aktiv ist, Sensibilisierung für die Verfügbarkeit erneuerbarer Energien

◎ Führung der Halbleiterindustrie, um klare nächste Schritte voranzutreiben

5, Nachhaltige Energie in der Halbleiterfertigung

Letztlich stehen proaktive Nachhaltigkeitsmaßnahmen nicht nur im Einklang mit globalen Umweltzielen, sondern sind auch für das Endergebnis von Halbleiterfertigungsanlagen sinnvoll.

Studien haben gezeigt, dass die Umsetzung von Nachhaltigkeitsstrategien Kosten senken und einen positiven Einfluss auf den Betriebsgewinn von bis zu 60 % haben kann. Darüber hinaus reduziert die Einführung nachhaltiger Praktiken langfristige Risiken und eröffnet Chancen in neuen Märkten.

Nachdem wir die Halbleiterkrise nun scheinbar hinter uns gelassen haben, haben die Hersteller das Potenzial, durch langfristige Verbesserungen ein enormes Wachstum zu erzielen. Sie sparen nicht nur viel Geld, sondern eröffnen auch enorme Möglichkeiten für die Energieeffizienz. Und das Beste daran? Die Werkzeuge dafür liegen direkt vor uns. Mithilfe eines Netzwerks sachkundiger Partner müssen Halbleiterunternehmen nun lernen, zu dekarbonisieren, zu digitalisieren und Strategien zu entwickeln.

FOUNTYL TECHNOLOGIES PTE. GMBH. mit Sitz in Singapur konzentrieren wir uns seit mehr als 10 Jahren auf die Forschung und Entwicklung, Herstellung und technische Dienstleistungen von Präzisionskeramikteilen im Halbleiterbereich. Unser Hauptprodukt sind keramische Vakuumspannfutter (Stiftspannfutter, Nutspannfutter, poröse Spannfutter und elektrostatische Spannfutter), keramische Endeffektoren, keramische Kolben und keramische Balken und Führungen und produzieren verschiedene Keramikarten (poröse Keramik, Aluminiumoxid, Zirkonoxid, Siliziumnitrid, Siliziumkarbid). , Aluminiumnitrid und mikrowellendielektrische Keramik sowie andere hochentwickelte Keramikteile.