“تقاضای انرژی TSMC آینده ژئوپلیتیکی تایوان را هدایت می‌کند”

## تراشه های TSMC و تلاش تایوان برای انرژی پاک

تایوان، جزیره‌ای کوچک در شرق آسیا، با چالشی بزرگ روبرو است: تامین انرژی برای تاسیسات عظیم تولید تراشه، به ویژه TSMC، غول تولید تراشه در جهان. TSMC، که نقش کلیدی در زنجیره تامین جهانی تراشه ایفا می‌کند، برای حفظ تولید خود به انرژی قابل توجهی نیاز دارد. در عین حال، تایوان در حال تلاش برای دستیابی به اهداف انرژی پاک خود است و از سوی دیگر، با چالش امنیت ملی و وابستگی به چین روبروست.

مصرف انرژی TSMC به طور قابل توجهی در حال افزایش است و در این میان، اهمیت منبع انرژی برای این شرکت نیز افزایش یافته است. غول‌های فناوری مانند اپل، گوگل و انویدیا، که از تراشه‌های TSMC استفاده می‌کنند، در حال حاضر کاهش انتشار کربن را در اولویت قرار داده اند و انتظار دارند که شرکت‌هایی مانند TSMC نیز به این مهم دست یابند. فعالان محیط زیست محلی نیز تقاضای تامین انرژی پاک را دارند.

در این گوشه از پارک صنعتی ساحلی چانگ هوآ، یک مزرعه خورشیدی 100 مگاواتی و 4 توربین بادی Onshore از 80 توربین Onshore در پارک، در زمین‌های باز پس‌گرفته شده ایجاد شده‌اند. یک مرکز کنترل در حال ساخت انرژی 31 توربین بادی 9.5 مگاواتی را که در حال ساخت هستند و در حدود 20 کیلومتری ساحل در تنگه تایوان قرار دارند را مدیریت خواهد کرد. Peter Fairley

این فشارها TSMC و دیگر تولیدکنندگان تراشه تایوانی مانند United Microelectronics Corp را به سمت تلاش برای به کارگیری انرژی تجدیدپذیر بیشتر معطوف کرده است. در پاسخ به این تقاضا، دولت تایوان بر انرژی خورشیدی و بادی دریایی تمرکز کرده است تا به اهداف انرژی تجدیدپذیر خود برسد. با این حال، این دولت همچنان در حال کاهش قدرت هسته‌ای تا سال 2025 است. این مهلت همراه با نیروهای بازار و موانع اجتماعی و سیاسی در راه ساخت نیروگاه‌های بادی و خورشیدی، به این معنا است که اشتیاق تایوانی برای انرژی از سرعت گذار به انرژی کم کربن پیشی گرفته است.

در این گوشه از پارک صنعتی ساحلی چانگ هوآ، یک مزرعه خورشیدی 100 مگاواتی و 4 توربین بادی Onshore از 80 توربین Onshore در پارک، در زمین‌های باز پس‌گرفته شده ایجاد شده‌اند. یک مرکز کنترل در حال ساخت انرژی 31 توربین بادی 9.5 مگاواتی را که در حال ساخت هستند و در حدود 20 کیلومتری ساحل در تنگه تایوان قرار دارند را مدیریت خواهد کرد. Peter Fairley

این فشار تجاری و ژئوپلیتیکی، مدیران TSMC را به امضای قراردادهای بزرگ برای انرژی بادی و خورشیدی وادار کرده است. TSMC هدف دارد تا 60 درصد انرژی خود را از منابع تجدیدپذیر تا سال 2030 و 100 درصد تا سال 2040 تامین کند – این در حالی است که در سال گذشته تنها 11 درصد انرژی TSMC از منابع تجدیدپذیر تامین می‌شده است. لورآ هو، معاون رئیس TSMC و مدیر مسئول پایداری در این شرکت، می‌گوید: “مطمئناً در مورد هزینه نگران هستیم، اما بیشتر نگران تامین انرژی هستیم.”

نیاز انرژی TSMC، شبکه برق تایوان را تحت تاثیر قرار می‌دهد

TSMC در سال 1987 تاسیس شد، زمانی که دولت تایوان از موریس چانگ، مهندس برق و مدیر عامل پیشین Texas Instruments، دعوت کرد تا شرکتی برای تولید تراشه راه اندازی کند. چانگ که بعدها “مدال افتخار IEEE” را دریافت کرد، مدلی جدید از کسب و کار را به چشم دید: مشتریان تراشه‌های خود را طراحی می‌کردند و TSMC آن را تولید می‌کرد. به عبارتی، TSMC به عنوان یک کارخانه قراردادی تولید تراشه عمل می‌کرد.

این مدل به طور شگفت انگیزی موفق بود. حجم تولید TSMC به این شرکت تسلط فنی بی نظیری داد. هر چه TSMC تراشه‌های بیشتری تولید می‌کرد، سریع‌تر یاد می‌گرفت که چگونه فرآیند را به بهبود تراشه‌ها تغییر دهد و با ایجاد مشخصات ریزتر، عملکرد آن‌ها را بهبود بخشد. TSMC با همکاری با تولیدکنندگان ابزار، از طول موج‌های کوچکتر برای الگوبرداری و حکاکی روی سیلیکون استفاده کرده است و با کاهش اندازه مشخصات با قاعده TSMC مقابله کرده است.

تا پایان سال آینده، 22 مجموعه از کلید های عایق گازی 161 کیلوولت در راهروی ایستگاه کلید زنی چانگ ی، 2.5 گیگاوات انرژی را از مزارع بادی دریایی در تنگه تایوان دریافت خواهند کرد. Peter Fairley

مصرف انرژی TSMC با افزایش تقاضای جهانی برای تراشه‌های آن و پیچیده‌تر شدن فرآیندهای آن، به طور انفجاری افزایش یافته است. رسیدن به ریزترین مشخصات TSMC نیاز به نور فرابنفش شدید و مراحل شستشو اضافی برای ظرف ها دارد که انرژی و آب بیشتری را نیز مصرف می‌کند. بین سال‌های 2017 تا 2022، مصرف انرژی TSMC تقریباً دو برابر به حدود 21,000 گیگاوات ساعت رسیده است. در همان مدت پنج ساله، مصرف انرژی تمامی مصرف‌کنندگان دیگر در تایوان، از جمله شهرها و صنایع دیگر، تقریباً بدون تغییر مانده است.

این افزایش حتی TSMC را غافلگیر کرده است. در سال 2019، مصرف انرژی TSMC از پیش‌بینی خود 30 درصد بیشتر بود. از آن جایی که تایوان چهار پنجم انرژی خود را از سوخت‌های فسیلی تولید می‌کند، رد پای کربن TSMC نیز با آن افزایش یافته است. از 11.8 میلیون تن کربن که این شرکت در سال 2023 تولید کرده است، 86 درصد به علت مصرف انرژی است – کربنی بیشتر از آن چه 2 میلیون ماشین در یک سال تولید می‌کنند.

کارخانه‌های TSMC، آن چه کارشناسان امنیت آن را “سپر سیلیکونی تایوان” می‌نامند، برای این کشور مبارز ارائه می‌دهند.

این رد پای کربن بزرگ بر شهرت شرکت‌های فناوری جهانی مانند گوگل و اپل که بر روی تامین‌کنندگان خود برای ایجاد استانداردهای بالا برای برنامه‌های محیط زیستی، اجتماعی و حاکمیتی (ESG) خود فشار می‌آورند، لکه ی سیاه است. مارک لیو، رئیس پیشین TSMC، در سال 2021 به مجله CommonWealth تایوان گفت: “وقتی اپل شروع به صحبت در مورد ESG کرد، ما ناراحت شدیم.” پس از آن، اپل از شریکان اصلی تولید خود، از جمله TSMC، خواست تا تاثیر کربن خود را بر اپل تا سال 2030 کاهش دهند.

این درخواست آسانی برای شرکتی به اندازه TSMC نیست. TSMC در تایوان “گیگا فاب” های تجاری را راه اندازی کرده است که ظرف ها با قطر 300 میلی متر را در چهار محل پردازش می‌کنند، و همچنین پنج کارخانه قدیمی‌تر با ظرف های کوچکتر را راه‌اندازی کرده است. اکثر آن‌ها در تایچونگ، هسینچو و شهر جنوبی تاینان قرار دارند و کارخانه‌های جدید در حال ساخت هستند. TSMC همچنین کارخانه‌های تولید تراشه را در چین، ایالات متحده، ژاپن و آلمان راه اندازی کرده است یا در حال ساخت آن‌ها است.

تلاش‌های مهندسی TSMC برای کاهش انتشار کربن

رهبران TSMC اصرار دارند که آن‌ها تمام تلاش خود را برای قرار دادن مصرف انرژی شرکت در مسیر پایدار انجام می‌دهند. در طول بازدیدی از TSMC در اوایل سال جاری، IEEE Spectrum به بررسی تغییرات صرفه جویی در مصرف انرژی که این شرکت در Fab 15 انجام داده است، پرداخت. Fab 15، یک گیگا فاب 510,000 متر مربعی در تایچونگ است. اتاق‌های تمیز و مالکیت فکری محافظت شده آن‌ها محدود بودند، اما یک پیاده روی یک کیلومتری از تاسیساتی که اتاق‌های تمیز را احاطه کرده و از آن‌ها حمایت می‌کنند، نمایش داده شد. حتی این بازدید محدود نیاز به تسلیم تمامی وسایل الکترونیکی شخصی، از جمله یک ساعت هوشمند فراموش شده که در درب توقیف شد، داشت.

در میان صدای وزوز و اکوی برق، یک مهندس تاسیسات جوان باتری‌های غول پیکری را که می‌توانند تمام کارخانه را در طول یک قطع برق تا 5 دقیقه توان دهند، در حالی که ژنراتورهای دیزلی بزرگ کمک می‌کنند، شرح داد. TSMC برای ده‌ها سال تمام انرژی ورودی به اتاق‌های تمیز خود را از طریق راست کننده ها و اینورتر ها در بالادست و پایین دست باتری‌ها عبور می‌داد و هر گونه افت یا افزایش در ولتاژ خط را صاف می‌کرد و انرژی بدون وقفه را در صورت قطع شدن شبکه برق تضمین می‌کرد. این دسته از وسایل انرژی شبکه را به جریان مستقیم تبدیل می‌کرد و سپس آن را به جریان متناوب تبدیل می‌کرد – تبدیل‌هایی که 6 درصد کامل انرژی کارخانه را مصرف می‌کرد.

در سال 2016، مهندسین TSMC نشان دادند که می‌توانند انرژی را دور از باتری‌ها ارسال کنند و از تبدیل 24/7 خودداری کنند. در عوض، مهندسین دریافتند که می‌توانند تبدیل‌ها را فقط در صورتی که مشکلی را تشخیص دهند، فعال کنند. این حذف الکتریکی، اولین در صنعت که TSMC از آن در کارخانه‌های دیگر خود استفاده کرده است، هر سال 89 گیگاوات ساعت انرژی در Fab 15 صرفه جویی می‌کند.

یک مهندس Taipower در اتاق کنترل ایستگاه کلید زنی چانگ ی در پارک صنعتی ساحلی چانگ هوآ، مدار ها را نظارت می‌کند. An Rong Xu

یکی دیگر از بهبودهای قابل توجه که در Fab 15 اختراع شد، سیستم کنترلی برای بیکار کردن پمپ‌های خلاء با فرکانس بالا در اتاق‌های تمیز هر گاه ممکن است – یک ویژگی که مهندسین آن را با Applied Materials با مقر در سانتا کلارا توسعه دادند. چرخاندن پمپ‌ها به جای اجرای مداوم آن‌ها هر سال 13.4 گیگاوات ساعت صرفه جویی می‌کند، که با اجرا کردن آن در چهار کارخانه بزرگ TSMC در تایوان، حدود 82 گیگاوات ساعت کاهش می‌یابد. هاوارد تینگ، معاون مدیر Fab 15، می‌گوید.

یک نوآوری جدید Fab 15 که هنوز برای ثبت اختراع ارسال نشده است، از یادگیری ماشین و هوش مصنوعی به جای بهترین حدس مهندسین برای بهینه‌سازی عملکرد چیلر های آب بزرگ کارخانه تایچونگ استفاده می‌کند. این روش هر سال 2.8 گیگاوات ساعت انرژی صرفه جویی می‌کند، اما با یادگیری این سیستم برای عملکرد با کارایی بیشتر، این عدد می‌تواند افزایش یابد.

هو می‌گوید: “این اقدامات و صدها اقدام دیگر کارایی هر فرآیند جدید تولید تراشه را در عرض پنج سال از راه‌اندازی آن دو برابر می‌کنند.” هو رئیس کمیته ESG TSMC است. در حقیقت، داده‌های شرکتی نشان می‌دهد که این شرکت می‌تواند حتی بهتر عمل کند: کارخانه‌های TSMC که از نسل 7 نانومتری استفاده می‌کنند، در طول پنج سال 60 درصد انرژی کمتری برای هر ظرف مصرف کرده اند.

با این حال، این پیشرفت به هیچ وجه ضمانت شده نیست. به عنوان مثال، افزایش سریع کارایی در کارخانه‌های 5 نانومتری TSMC در سال گذشته به طور ناگهانی و در چهارمین سال عملکرد این فرآیند، به علت استفاده از کارخانه کمتر از انتظار، کاهش یافت.

تعهد TSMC به انرژی تجدیدپذیر

برنامه TSMC همچنین شامل تامین انرژی تجدیدپذیر بسیار زیاد است. رهبران TSMC می‌گویند که امید دارند تا سال 2030، انتشار کربن را به سطح سال 2020 کاهش دهند. اما با توجه به مصرف رو به رشد TSMC، تنها انرژی پاک می‌تواند انتشار کربن را به طور قابل توجهی کاهش دهد، هو در مصاحبه‌ای در دفتر مرکزی TSMC در هسینچو گفت. TSMC در این راستا، با انعقاد قراردادهای طولانی مدت برای پروژه‌های انرژی بادی و خورشیدی، تامین انرژی خود را به رنگ سبز در می‌آورد. “ما سرمایه‌گذاری نمی‌کنیم، اما یک مشتری بزرگ هستیم”، او می‌گوید.

در سال 2020، TSMC قرارداد بزرگی برای خرید انرژی تجدیدپذیر با Ørsted، توسعه دهنده نیرو ی دانمارکی، امضا کرد و تمام خروجی یک مزرعه بادی دریایی 920 مگاواتی را تضمین کرد. ساخت و ساز این مزرعه بادی در سال گذشته آغاز شد و توربین‌های آن می‌توانند تا پایان سال آینده انرژی پاک را به آن مدار های انتقال بزرگ در پارک صنعتی ساحلی چانگ هوآ تامین کنند. TSMC از آن زمان به بعد قراردادهای مشابه بیشتری را امضا کرده است و از تامین‌کنندگان خود خواسته است که با همکاری در قراردادهای بزرگتر برای خرید انرژی، منابع خود را جمع کنند.

لورآ هو، معاون رئیس TSMC، در تاریخ 6 مارس 2024، در دفتر مرکزی TSMC در هسینچو، برای یک عکس متوقف می‌شود.Peter Fairley

قراردادهای انرژی TSMC به توسعه دهندگان مستقل انرژی تجدیدپذیر کمک می‌کند تا تامین مالی کنند. اما در نهایت، بار مسئولیت بر عهده سیاست‌های دولتی است تا این توسعه دهندگان را جذب و حمایت کنند، هو می‌گوید، از جمله کمک به آن‌ها برای غلبه‌ بر چالش‌هایی که پیشرفت آن‌ها را کُند می‌کند، مانند مشکل در کسب تایید محلی و زمین برای پروژه‌های خورشیدی.

“اراده قوی در سطح بالاترین مقامات دولتی برای آوردن انرژی پاک به تایوان وجود دارد. با این حال، در سطح محلی هنوز چالش‌های زیادی وجود دارد”، لئو سیوالد، رئیس New Green Power، توسعه دهنده انرژی خورشیدی با مقر در تایپه، می‌گوید. این چالش‌ها توسعه دهندگان را به خلاقیت بیشتر وادار کرده است. بسیاری از آن‌ها، از جمله NGP، به سمت پروژه‌های دو منظوره مانند مزارع خورشیدی که فضای مشترکی با استخر های پرورش آبزیان را به اشتراک می‌گذارند، گرایش یافته اند.

در عین حال، رشد انرژی بادی دریایی با مشکل زنجیره تامین تنگاتنگ، مشکلات تامین مالی و درگیری‌های صیادی مواجه است. توسعه دهندگان بادی در تایوان همچنین با الزامات دولتی برای استفاده از قطعات تولید شده در محل و تهدید های چین مواجه هستند که سرمایه گذاران را ترس انداخته است.

TSMC “بسیار نگران” در مورد تاخیر در زمان‌بندی ها است و از دولت می‌خواهد که سیاست‌هایی را به کار گیرد که توسعه دهندگان انرژی جهانی را متقاعد کند که منابع محدود خود را بر روی تایوان متمرکز کنند. هو می‌گوید: “سیاست‌هایی مانند الزام تولید محصولات در تایوان برای انرژی بادی دریایی باید در اولویت دوم باشد و توسعه انرژی پاک باید در اولویت اول قرار گیرد.”

تایوان برای نیاز های TSMC انرژی بادی دریایی را تقویت می‌کند

مقامات دولتی می‌گویند صدای TSMC را می‌شنوند. “ما صنعتی بسیار مهم در تایوان داریم و امیدواریم که بتوانیم نیازهای این صنعت را برطرف کنیم”، ون شنگ تسنگ، رئیس شرکت برق تایوان (Taipower)، اپراتور شبکه برق دولتی، می‌گوید. در طول بازدید Spectrum، تسنگ گروهی از مدیران و کمک کارکنان Taipower را در دفتر خود در طبقه بالای ساختمان 27 طبقه برق تایوان که روزی بلندترین ساختمان تایپه بود، گرد هم آورده بود.

به گفته تسنگ، تامین انرژی تایوان از آن چه رقبا ی سیاسی حزب حاکم در آستانه انتخابات ملی اخیر در ماه ژانویه ادعا می‌کردند، امن تر است. او می‌گوید پروژه‌های بادی دریایی که به علت همه‌گیری COVID-19 به حاشیه رانده شده بودند، در حال بازگشت به مسیر هستند. تایوان انتظار دارد تا ماه سپتامبر 2.4 گیگاوات ظرفیت انرژی بادی دریایی را به کار اندازد و 525 مگاوات دیگر نیز نصب کند، که آن را به گفته اداره انرژی تایوان، رهبر دموکراسی‌های آسیا می‌کند. 3 گیگاوات دیگر نیز در حال ساخت یا در آستانه ساخت هستند. BloombergNEF پیش‌بینی می‌کند که تایوان