AI正推动计算需求急剧增长，同时能耗也显著上升。如何在保持AI创新潜力的同时，确保可持续的发展模式？ 本次演讲将围绕半导体与AI的可持续性，探讨如何通过提高效率、减排与回收减少碳排放及环境危害。 会议将介绍可持续性的背景及其现实意义，分析半导体对环境的影响，并结合AI热潮对半导体需求的增长，探讨推动半导体产业绿色转型的可行措施。
题目：Creating a Sustainable Semiconductor Industry for the AI Era
演讲者：Garima Desai, Sustainability Manager, Samsung Semiconductor
会议：SNIA Compute, Memory, and Storage Summit
日期：2024年5月21日
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当前可持续发展的重要性。 半导体工艺对环境的影响。 在AI与能源使用的背景下审视这一问题。 减少和控制半导体制造过程中排放的方法。 可持续产业发展面临的挑战与制约因素。
首先，关于可持续性，其定义源自联合国1987年的报告：“在满足当代人需求的同时，不损害后代满足其需求的能力。”
为何这在今天尤为重要？从IoT Analytics的图中可见，2024年第一季度，CEO们谈论最多的就是可持续性。它涵盖能源效率、可再生能源和排放等多个领域，成为当前最热门的话题之一。
我们还看到全球范围内新的立法浪潮在欧洲、美国、加拿大等地涌现。这些法规要求企业披露排放情况。例如，美国证券交易委员会（SEC）的气候相关披露或CSRD（Corporate Sustainability Reporting Directive）。此外，日本和韩国也将出台类似法规。
这张图主要关于自愿性举措。我列出了一些大型科技公司，并讨论了自愿目标。这些目标包括2030年实现净零排放，以及到2050年的长期目标。这些目标涵盖了范围一、范围二和范围三的排放，均是企业自愿采取的措施。
如果不了解范围排放，这张图将非常有用。范围一指的是建筑设施的直接排放，范围二是购买的电力排放，范围三是供应链的排放。
接下来，我们看看半导体及其对环境的影响。这张图显示，半导体制造涉及许多输入与输出。输入包括化学品、气体、水（包括大宗气体和其他类型的气体）、电力、包装等；输出则包括温室气体排放、固体废物、废水和废弃材料等环境外部性。此外，半导体的使用和处置也会对环境产生影响。
SEMI的数据探讨了半导体的碳足迹。这是一个难以回答和测量的问题，因为答案因设备和半导体类型而异。据SEMI估计，2021年生产的半导体设备在其生命周期内的二氧化碳排放量达到500兆吨。为便于理解，这相当于5000亿公吨。而我从旧金山飞往纽约的单人排放量仅为1.5公吨。尽管飞行被认为是高排放行为，但与半导体相比，其排放量显得微不足道。
这张图至关重要，因为它揭示了排放主要来源于半导体周期的哪些环节。16%的排放来自供应链，21%来自制造过程，而高达63%的排放来自设备使用——即每天的插电和充电。
同样来自SEMI的图展示了与电力相关和无关的排放。设备使用的排放主要源于插电和使用过程。然而，在制造过程中，许多排放来自非电力相关的工艺。尽管如此，电力仍是排放的重要来源，因此可再生能源对半导体行业至关重要。
那么，AI在其中扮演什么角色呢？国际能源署（IEA）的估计汇总了全球对数据中心、AI和加密货币的电力需求预测。到2024年，电力需求约为500至600太瓦时（TWh）计在短短两年内将翻倍至近1000太瓦时。较低的估计值也显示电力需求有显著增长。
尽管AI对电力需求极高，但它也为半导体行业带来了巨大收入。麦肯锡估计，AI已为半导体行业带来50亿至80亿美元的收入，并有望增长至950亿美元。这是半导体行业必须考虑的关键因素。
接下来，我们将探讨减少半导体制造过程中排放的方法。首先是工艺气体：半导体制造中使用的气体具有较高的全球变暖潜力（GWP，Global Warming Potential）。据美国能源部（DOE）估计，80%的氟化气体在工艺结束后被释放到大气中。然而，部分气体可以被替代。例如，全氟化碳（PFCs）可被三氟化氮（NF3）取代，后者的全球变暖潜力较低。
我们还掌握了减排技术。三星研发了一种再生催化系统，这种洗涤器能在我们的工厂中捕获氟化气体，这一点非常关键。此外，碳捕集利用与封存（CCUS）技术也将逐步推广。
回收利用同样是减少排放的有效手段。我们能够回收水资源、气体以及金、铜等材料。举例来说，三星在芯片制造过程中就回收了氖气，并着重于因环境资源的稀缺性而进行水资源回收。
数字孪生技术不仅常用于寻找提升效率的领域，还可用于识别和减少废弃物、污染以及排放。
最终，通过采用循环经济——即构建一个产品回收再利用的闭环系统——我们可以为地球带来显著的益处。
然而，这一过程中也存在挑战，特别是可再生能源的供应问题。在韩国，可再生能源仅占约8-9%，其中大部分来源于核能和化石燃料。即便在美国，也有相当一部分能源依赖化石燃料。新加坡由于土地资源有限，无法大规模发展核能或可再生能源，因此也严重依赖化石燃料。我们必须增加可再生能源的使用，降低对化石燃料的依赖。
综上所述，可持续性对半导体行业来说至关重要。在制造过程中，我们有多种方法可以减少排放，并提高半导体使用的效率。AI的高电力需求带来了新的挑战，但同时也为半导体行业带来了收入机遇。可持续性是一个跨学科领域，需要所有利益相关者的共同参与。无论您是工程师、政策制定者、律师还是营销人员，可持续性都将与您越来越息息相关。
--【本文完】---
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