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半導體產業為我們日常使用的各種裝置提供核心技術支持，無論是外出、工作還是娛樂，均離不開其重要作用。從智慧電網、轉向可再生能源，到低碳物流和供應鏈，乃至科學發現和工廠能源效率改進，半導體技術無所不在，而我們實現淨零排放的成功亦高度依賴於這些默默發揮作用的晶片。
然而，半導體產業也需重新校準其環境影響。2021年，該產業的能源消耗量足以支撐一個二千五百萬人口的城市全年使用。
因此，2022年的COP27見證了半導體氣候聯盟的成立，60家創始成員承諾到2050年實現零排放。此舉突顯了半導體產業在達成全球永續目標中的關鍵角色。這是一個遠大但可實現的目標。
通過從一開始就在半導體製造的電氣網路設計中融入永續性，加上正確的戰略規劃和早期實施，該產業能顯著減少晶片製造過程的碳足跡。
一、生產複雜、資源密集的供應鏈
半導體廠房是水和能源的消耗巨獸。巨型工廠需要越來越大量的能源供應以及大量水資源用於冷卻。2022年，全球最大的晶片製造商台積電消耗了九千七百萬公噸水和兩萬二千千瓩時電能，這占了台灣總能源輸出的一大部分。
此外，提供生產所需材料的供應商也產生排放（稱為企業的第三範疇排放）。這大大增加了產業的碳足跡。總之，生產當今先進的3奈米晶片，預計每年將消耗近八十億千瓩時。
鑑於這些高消耗水平及相關的第三範疇排放，迫切需要一個戰略轉變，專注於優化能源使用並提高能源效率。
二、實踐有效策略
有四個關鍵策略可以優化半導體廠的電氣網路：
1. 分佈式布線優化：此初步策略為強健的電氣網路布局奠定基礎，提高運營效率。首先確定能源投入的適當起點，並優化變壓器的放置，這些基於負荷需求、冷卻效率及與智慧電網技術整合的基礎上進行。然後，確保電壓和電流分配的效率。
優化策略必須保持靈活，以適應變化的監管要求。這些規定通常需要新技術的整合、設計的修改、額外的報告以及支援智慧電網技術的先進監控和控制系統。新的安全或效率標準甚至可能需要不同的分佈配置。一個靈活的優化策略確保持續符合規範，並為未來的智慧電網發展做好基礎設施準備。
2. 標準化：在變電站設計中，元件的一致性和可複製性簡化了建設，減少了錯接風險，並簡化了維護。例如，一個大型半導體廠有300個MV變電站，我們可以標準化其中250個的設計。這是對前置時間、製造效率和能源使用的重大優化。它使得更能響應客戶不斷變化的需求，降低了總擁有成本。來自供應商的替換部件也更容易獲得或具有更短的交貨時間。
標準化還有助於半導體製造商更容易遵守國際或地區規定。它有助於簡化認證流程和可能需要可靠製造實踐和產品穩定性證據的規定。
3. 分散式能源資源（DERs）：整合DERs—如由太陽能板、燃料電池和電池儲能組成的微電網—提供了一個相比傳統方法更清潔且可靠的能源來源。實施微電網顯著降低了碳排放和能源成本。這展示了在整個行業中推廣使用的潛力，以提高韌性、優化能源負荷和支持可持續運營。
DERs還可以是對鼓勵或要求使用可再生能源和減少碳足跡的監管變更的有力回應。事實上，分散能源的一個重要優勢是它可以滿足多樣化的監管環境。
4. 好的供應商和合作夥伴：半導體設施擁有複雜的電氣生態系統。優化電氣網絡需要與專業合作夥伴合作，特別是那些專門從事先進能源管理和自動化解決方案的合作夥伴。
這些合作關係對於將生產設施轉變為能源效率和永續的典範至關重要，通過利用先進的物聯網啟用系統和尖端技術實現。這些合作夥伴所提供的服務，如能源審計和數字模型架構的實施，扮演了關鍵角色。它們降低了運營成本和碳足跡，確保了網絡的可靠性和效率。
除了達成永續目標，合作也為戰略投資鋪平了道路。這些努力可以採取聯合投資研發或集中遊說以在CHIPS法案下獲得激勵措施，並影響未來政策。
CHIPS法案是美國的一項關鍵立法授權，半導體產業必須遵循。其野心勃勃的目標是在未來二十年內將微電子能耗減少1000倍，作為創新的催化劑。
