制造商的 Joe Bush 与 PragmatIC Semiconductor 的首席运营官 Ken Williamson 交谈，该公司是一家超薄、灵活和低成本集成电路 (IC) 制造商，以了解有关该公司替代制造方法的更多信息。从电视到手机，我们在现代世界拥有的几乎所有东西都包含硅芯片。尽管有这种便利，但这些设备对环境的影响取决于它们的制造方式。那么，是否有更好、更环保的方式？
为什么硅芯片生产会对环境产生如此重大的影响？
KW：从根本上说，硅芯片是内置在硅晶圆的核心中。硅非常致密，是一种非常坚固的物质。因此，要将构成电路的部件放入硅中需要大量能量。你从一块空白基板开始，然后制作集成电路的核心，这基本上是制造开关的过程，你需要驱动元素构成该开关的组件进入硅晶片，这会消耗大量能量。这个过程称为离子注入，它会有效地破坏硅的稳定性。因此，为了抵消这种情况，您需要将硅晶圆加热约 25 次以消除损坏——我们谈论的温度高达 1,000°C。但是，您还需要确保硅片是干净的。如果有任何污染物，加热过程会将污染物带入硅晶片。因此，在任何热操作之前，需要进行大量密集的湿洗，这涉及多种化学品和大量水。根据定义，水必须是超纯的——这是一个昂贵且相对浪费的过程。自从硅芯片发明以来，这个过程是否发生了变化？
它变得非常复杂。如果我们谈论制作芯片所需的层数，当我毕业时ate，用于手表、计算器等的基本芯片需要七个成像层。随着技术变得越来越复杂，人们致力于更快的设备和更高的密度——更多的计算能力，更少的功耗——实际的芯片本身变得更大，所以开关的几何形状缩小了，因此可以将更多的开关挤进给定的平方毫米中。例如，用于制造微处理器的现代技术有 50 个照片层来为该芯片成像。这几乎是复杂度的十倍。这样做所需的设备更复杂、更昂贵，并且需要更多的能源。这里有两个主要的环境贡献者——电力和水——并且有能力提供所需的大量资源。我工作的最后一家英国半导体工厂连续运行消耗 20MW，每小时消耗 220 立方米的水。正确看待这一点，一个忙碌的家庭每天消耗大约一立方米。我们如何重新思考当前的方法？
为了纠正这个问题，我们需要一种全新的方法来满足我们从技术角度的实际需求，而不是交付了什么。如果您想象普通的笔记本电脑，科技公司会不断提供更高的性能和功率。然而，只有极少数社区需要这种附加功能。例如，我的智能手机有五个微处理器，但一天中的大部分时间它只是处于待机状态。我很少会使用它的全部功能。对我来说，我们需要重新思考我们实际需要什么，并通过硬件和软件的组合来提供它，这对我来说是有意义的。我们需要摆脱这样的循环，即每一年或六个月下一台计算机或智能手机必须更快、更强大。简单地说，我们有一个浪费的社会，人们经常扔掉他们的手机，即使什么都没有错了。因此，打破这个循环是最终用户面临的巨大挑战。实施变革的挑战有多大？
通过使芯片更小、更复杂，您正在推动需要更多能源和更清洁水的永无止境的循环。因此，需要围绕适合用途的电子产品进行变革。问题是高性能硅芯片的成本太低。电话和笔记本电脑等设备需要根据其功能进行成本计算。如果我们沿着这条路走下去，消费者将不太可能根据设备的功能进行购买，而会更多地围绕他们需要它的用途进行购买。如果您可以花 500 英镑购买一台可以执行您需要的所有功能的笔记本电脑，为什么还要花 1,000 英镑购买一台闲置的具有额外功能的笔记本电脑呢？这是一列需要尝试和重新定向的庞大货运列车。想一想我们几乎每天都在电视上看到的内容，因为消费者成为目标（特别是y 前后圣诞节），将他们的设备更换为最新型号。谁应该推动这一变化？
它必须来自全球立法。水电成本太低，需要对高耗行业进行补偿。不是惩罚他们本身，而是让他们为他们所做的事情付出公平的代价。工业通常比家庭用户支付更少的电费。不应该那样。我们在英国有能源危机，我们经常需要从法国或爱尔兰购买能源。我们为此支付每千瓦时 17 便士，这比我们收取的要多。这是荒谬的。因此，让制造业为他们所做的事情对环境造成的影响付出真正的代价，需要成为前进的方向。但这需要在全球市场上发生。我们生活在一个世界上，我们 80% 的半导体都是由亚洲公司制造的，在那里他们没有强加给他们的此类立法。这是一个巨大的挑战。我们的方法h 一直在减少能源和水，这样我们就可以在没有政府支持的情况下可持续发展。但在这种情况下，我们几乎是独一无二的。当需求不断增长时，如何维持芯片制造的可持续性？
有些事情我们可以做，但可能不那么直接。半导体行业在范围 1 排放方面做得很好，我们非常注重不向环境泄漏物质。范围 2 是制造芯片所需的能量。制造商正在尽可能地减少这种影响，同时也在转向更多的可再生能源，以减少对环境的影响，但从根本上说，这是一个能源密集型过程。然而，由于没有在当地制造，也没有在当地拥有完整的供应链这个国家，在过去的几年里，由于缺乏零部件、气体和化学品以及供应整个供应链的零件，我们受到了如此严重的打击。对于几乎所有使用 co 的国家合同制造——这不可避免地意味着亚洲——你必须运送材料（有碳足迹），然后运回。然后你在时间依赖运输和海关控制的摆布。 PragmatIC Semiconductor image 例如，硅芯片可以在爱尔兰的一家工厂生产。这些芯片随后会被运往菲律宾进行测试和组装（因为欧洲不再有任何批量生产的测试和组装能力）。然后，如果他们有合适的客户，他们会直接从菲律宾分销。然而，芯片通常会返回到配送中心。这一切都为供应链增加了碳、时间和金钱。在 PragmatIC，我们进行自己的晶圆制造，因此我们制造自己的核心基板。然后我们制造芯片，测试和组装它们，准备交付。我们在同一个 f 内完成所有操作我们的墙。通过管理整个制造供应链，我们可以变得敏捷并能够快速切换到新产品和设计，而无需管理六到九个月的库存。展望未来，这正是我们盒式工厂概念背后的想法。未来，我们将能够在现有工厂内放置一个小型半导体制造设施，这意味着该站点只需要持有几周的库存.在 2019 年，您必须提前 6 个月预测您的硅需求，现在接近 18 个月，因为硅供应需求如此之高。因此，只需管理两周的库存将令人惊叹。然后，如果那家工厂决定做出改变，由于我们制造技术的敏捷性，制造半导体不需要五个月，只需要三天。这就是游戏规则的改变者——你可以变得精益、敏捷和如果您看到制作广告的机会您可以在几周内完成破坏性产品，而不必为此计划 18 个月。我们所做的并不会取代硅，但它开辟了一个全新的巨大领域，您不需要一个 2GHz 的微处理器，它有很多很多应用程序。格局正在改变吗？
再次将制造业转移到岸上，让供应链就在您家门口是有道理的。它需要政府的支持，但应该记住，离岸制造的成本效益远不如以前。中国正在有效地开始“离岸”。过去在北京和上海制造的产品开始转移到更贫穷的内陆农村地区，远离该国更昂贵和成本过高的地区。中国大城市的生活成本现在和伦敦基本持平，低成本制造业已经消失。ke泰国和印度，一旦基础设施到位。因此，在环境方面，所有将要发生的事情就是问题将在地球上蔓延。其他制造商可以从 PragmatIC 的例子中吸取什么教训？
我们并不是每次制造芯片时都使用硅基板。我们基本上有一个低成本的柔性基板，它的成本只是硅晶圆的一小部分。我们使用载体在生产过程中保持晶圆的平面度，载体被移除并重新使用。然后，制造过程包括在基板上添加材料，而不是将其放入基板中。因此，我们不需要这些非常高能量的操作。并非所有应用程序都需要我们正在生产的尖端硅技术的功率和性能。设计师需要退后一步，从一个简单的问题开始——是否可以更简单地做到这一点？因为不是所有东西都需要性能硅可以 ofer. 当然，实际上，该行业不太可能做任何不同的事情。相反，它将试图通过投入资金来应对当前的芯片危机。这就是已经发生的事情。新的晶圆厂一直在建立，背后有大量资金支持。有一家晶圆厂进入美国相当干旱的地区，他们正在谈论搬迁附近的城镇，因为没有足够的水为两者服务。这真的很可悲和令人沮丧，但这是目前世界的短期方式，即：‘我们有产能危机，所以让我们投入大量资金来解决它’。它需要一种完全不同的思维方式，而这正是我们正在开创的——优化电路设计的可扩展、模块化生产。了解其他制造商正在采取哪些措施来实施和维持可持续生产。
