De halfgeleiderindustrie is als een ultieme Champions League. Een handvol sterke teams, die het beste materiaal van de wereld krijgen om de beste wedstrijden te spelen en die glorieuze beker te halen, en elk jaar worden de verwachtingen op het vlak van prestaties hoger. Ik geef toe dat de wedstrijden soms niet zo interessant zijn, maar als ze goed spelen, is het een genot om naar te kijken.
Ik denk dat net als de menselijke mogelijkheid om te presteren ook de halfgeleider en de Wet van Moore hun grenzen zullen bereiken. Maar tot nu toe lijkt het erop dat de ontwikkelingen in de halfgeleiderindustrie nog altijd boven verwachting zijn. Deze week heeft ‘s werelds grootste chipfabrikant TSMC tijdens het TSMC Technology Symposium de industrie op de hoogte gebracht van de geboekte vooruitgang: +1 miljard 7nm-chips verscheept, N6 presteert op hetzelfde niveau als N7, N5 volumeproductie en N3 ontwikkeling op schema.
Even wat verduidelijking over de nodes (ofwel knooppunt) zoals Philip Wong uitlegde in zijn Hot Chips 31 keynote “Vroeger betekende het technologieknooppunt, het knooppuntnummer, iets, een aantal kenmerken op de wafer. […] Vandaag zijn deze nummers gewoon nummers. Ze zijn als modellen in een auto – het is als een BMW 5-serie of Mazda 6. Het maakt niet uit wat het nummer is, het is gewoon een bestemming van de volgende technologie, de naam ervoor. Laten we het dus niet verwarren met de naam van het knooppunt met wat de technologie eigenlijk biedt.”
Om chips in N7, N5 en N3 te bouwen, wordt EUV-licht met een golflengte van 13,5 nm gebruikt. De precisie die nodig is om productie in grote volumes te bereiken is als het vliegen van een vliegtuig met centimeter nauwkeurigheid in een tunnel.
De modernste EUV-machines zijn eigenlijk niets anders dan het onderliggende gereedschap dat deze sprong in de halfgeleiderindustrie mogelijk maakt. Het zijn zeer complexe machines die meer dan 100.000 afzonderlijke onderdelen heeft en ongeveer 180 ton weegt. Maar vergeet niet dat het een gezamenlijke inspanning is geweest van meer dan 20 jaar R&D en innovatie bij ASML met haar klanten of beter gezegd partners zoals TSMC, ook Samsung en Intel.
Digitalisering, vooral in sectoren zoals Automotive en Internet of Things (IoT), gaat steeds sneller en dit zal leiden tot een duurzame en lange termijn vraag naar high-, mid- en low-end halfgeleiderchips. Aangezien de chips kleiner en efficiënter worden, wordt de industrie geconfronteerd met een paradox. In de strijd om de toenemende capaciteit, het aanbod en de vraag is er één ding dat minder aandacht krijgt en dat is de impact die de industrie op het milieu heeft.
Onderzoekers werken al meer dan een decennium aan manieren om de CO2-voetafdruk van halfgeleiderproducten te meten. Het blijkt nog steeds moeilijk om halfgeleiderfabrieken en onze digitale apparaten in verband te brengen met CO2-uitstoot op dezelfde manier als chemische of petroleumfabrieken of auto’s met uitlaatkleppen eraan. Met de toename van de productiecapaciteit van geavanceerde nodes zijn het stroom- en waterverbruik van deze ventilatoren en het hergebruik/recycling van halfgeleiderchips en digitale apparaten serieuze kwesties geworden.
Wereldwijde energievraag
De voorspelling is dat computertechnologie tegen 2030 verantwoordelijk zal zijn voor maar liefst 20 procent van de wereldwijde energievraag, waarbij hardware verantwoordelijk is voor meer van die voetafdruk dan de werking van een systeem, wat betekent dat “de fabricage van chips, in tegenstelling tot het gebruik van hardware en het energieverbruik, verantwoordelijk is voor het grootste deel van de koolstofuitstoot.
Daarnaast is er bij chipfabricage ook een enorme hoeveelheid water nodig om machines in fabrieken te koelen. In 2019, het laatste jaar waarvoor gegevens beschikbaar zijn, bedroeg het dagelijkse waterverbruik van TSMC in Taiwan 156.000 ton per dag. Op zijn noordelijke productielocaties was het bedrijf goed voor 10,3% van de dagelijkse aanvoer van die regio.
Dit is niet iets om te negeren of om bang voor te worden. De opkomst van ESG (Environmental, Social & Governance) dwingt chipfabrikanten tot actie en de grote chipfabrikanten werken eraan om de uitstoot aan te pakken.
Nu Europa serieus discussieert over de bouw van een geavanceerde chipfabriek, moeten de CO2-voetafdruk en andere ESG-aspecten in het masterplan worden opgenomen. Laten we deze kans, die zich maar een keer in ons leven voordoet, niet laten lopen!
Over deze column
In een wekelijkse column, afwisselend geschreven door Bert Overlack, Eveline van Zeeland, Eugene Franken, Helen Kardan, Katleen Gabriels, Carina Weijma, Bernd Maier-Leppla en Colinda de Beer probeert Innovation Origins te achterhalen hoe de toekomst eruit zal zien. Deze columnisten, soms aangevuld met gastbloggers, werken allemaal op hun eigen manier aan oplossingen voor de problemen van deze tijd. Morgen zal het dus goed zijn. Hier zijn alle voorgaande afleveringen.
Als je dit artikel leuk vindt, lees dan ook:
