Muốn thắng trong cuộc chiến chip, bạn cần có một lượng nước tinh khiết khổng lồ

Khan hiếm nước và ngành công nghiệp bán dẫn. Ảnh: @AFP.

Khi các nhà máy sản xuất chip lớn chuẩn bị mở rộng trong những năm tới, việc xử lý nguồn nước và nước thải tiên tiến sẽ đóng vai trò quan trọng để đáp ứng nhu cầu cao của thế giới về vật liệu này.

Ngành công nghiệp chip cần nước không kém gì các lĩnh vực khác

Mỹ đang chi hàng tỷ đô la để thúc đẩy sản xuất chất bán dẫn. Để các nhà máy mới sản xuất vật liệu này hoạt động suôn sẻ hiệu quả, chúng rất cần được cung cấp hàng triệu gallon nước siêu tinh khiết.

Trong thực tế, việc xây dựng một nhà máy chất bán dẫn đòi hỏi một lượng lớn đất đai và năng lượng, kèm theo đó một số máy móc tinh vi hiện đại, chính xác nhất để hoạt động vận hành. Sự phức tạp của một nhà máy sản xuất chip bán dẫn như đã kể ở trên, cho thấy lý do tại sao Quốc hội Mỹ năm ngoái đã cam kết chi hơn 50 tỷ đô la để thúc đẩy hoạt động sản xuất chip của Mỹ, nhằm giúp quốc gia này độc lập hơn về công nghệ bán dẫn.

Nhưng khi Mỹ tìm cách khởi động nhiều cơ sở hạ tầng hơn, thì họ cũng cần phải khai thác thêm một nguồn tài nguyên khác quan trọng không kém đó chính là nước.

Nước nghe có vẻ không phải là một thành phần phổ biến trong linh kiện thiết bị điện tử, nhưng nó đóng một vai trò thiết yếu trong việc làm sạch các tấm bán dẫn được cắt lát để xử lý thành chip hoàn chỉnh. Theo Trung tâm An ninh và Công nghệ Mới nổi của Georgetown, một nhà máy sản xuất chip lớn có thể sử dụng tới 10 triệu gallon nước mỗi ngày, tương đương với mức tiêu thụ nước của khoảng 300.000 hộ gia đình.

Hãy xem kế hoạch đầy tham vọng của Intel để xây dựng một siêu nhà máy chip trị giá 20 tỷ đô la bên ngoài Columbus, bang Ohio. Trước mắt, khu vực này đã có ba nhà máy nước cùng nhau cung cấp 145 triệu gallon nước mỗi ngày.

Các công ty chip Mỹ đã và đang tận dụng Đạo luật Chip và Khoa học, trong đó bao gồm có gói chi tiêu liên bang năm ngoái nhằm thúc đẩy sản xuất chip của Hoa Kỳ. Dựa vào đó, các công ty chip Mỹ hiện đang xây dựng các cơ sở xử lý nước mới bên cạnh nhà máy của họ.

Ở một số nơi, việc nâng cấp cơ sở hạ tầng nước đã được triển khai. Columbus (thủ phủ và thành phố lớn nhất của tiểu bang Ohio) có kế hoạch mở nhà máy nước thứ tư vào khoảng năm 2028, chỉ vài năm sau khi nhà máy Intel dự kiến ​​bắt đầu sản xuất những con chip đầu tiên. Thành phố cho biết cần có một cơ sở cấp nước mới, sẽ lấy nước từ Sông Scioto gần đó, để hỗ trợ dân số ngày càng tăng của khu vực, cũng như đáp ứng nhu cầu cho cả Intel, khi công ty này cũng sẽ trở thành công ty tiêu thụ nước lớn nhất trong khu vực.

Ở một số tiểu bang ở vùng khô hạn Arizona, nhà sản xuất chip theo hợp đồng lớn nhất thế giới – Công ty Sản xuất Chất bán dẫn Đài Loan (TSMC) có kế hoạch xây dựng một cơ sở tái chế nước mới để hỗ trợ các nhà máy mới của họ đang được xây dựng ở Phoenix.

Muốn thắng trong cuộc chiến chip, bạn cần có một lượng nước tinh khiết khổng lồ - chip 2
Việc sản xuất chất bán dẫn tạo ra nước thải có chứa kim loại nặng và dung môi độc hại. Do tính chất nguy hiểm của những chất lỏng này, trước đây các công ty bán dẫn đã phải chịu chi phí làm sạch khổng lồ. Ảnh: @AFP.

Đồng thời, một số tiểu bang ở vùng khô hạn Arizona cũng đang tìm nguồn cung cấp nước từ sông và cơ sở hạ tầng nước gần đó, để chuẩn bị cho một nhà máy trị giá 100 triệu đô la được xây dựng bởi nhà sản xuất chip nhớ Micron ở ngoại ô New York. Theo kế hoạch thì sẽ có những bể chứa nước khổng lồ, mỗi bể có thể chứa khoảng 15 triệu gallon phục vụ cho nhà máy của công ty chip nhớ Micron.

Vai trò quan trọng của nước trong việc sản xuất chip bán dẫn

Cơn khát nước của ngành công nghiệp chip bắt nguồn từ nhu cầu giữ cho các tấm bán dẫn wafer không có những hạt bụi, hoặc mảnh vụn nào dù là nhỏ nhất bám vào để tránh làm nhiễm bẩn các thành phần cực nhỏ của chúng.

Để cung cấp chip các mạch điện tử, các nhà máy sử dụng các công cụ in thạch bản cực kỳ mạnh mẽ, khắc các mẫu phức tạp vào các tấm wafer. Cuối cùng, tấm wafer qua xử lý này cần được cắt thành các chip thành phẩm riêng lẻ đủ nhỏ để đóng gói vào điện thoại và máy tính của chúng ta. Trong suốt các quá trình này, tấm wafer tích tụ cặn bã cần được loại bỏ bằng cách rửa sạch bằng nước.

Những thách thức về cấp nước cho ngành công nghiệp bán dẫn

Khối lượng nước yêu cầu có thể rất lớn. Chris Miller, giáo sư lịch sử tại Đại học Tufts ở Massachusetts cho biết, ở Mỹ, các nhà máy sản xuất chip sử dụng ít nước hơn nhiều so với ngành nông nghiệp và sản xuất điện, đồng thời chất bán dẫn không gây ra căng thẳng chính trị về tài nguyên nước ở quy mô quốc gia. Tuy nhiên, tình trạng này lại là mối lo ngại nghiêm trọng tại quê hương Đài Loan của công ty TSMC, nơi hạn hán đã khiến nông dân địa phương phải đối đầu với nhà sản xuất chip, khi những người này đã phải chứng kiến ​​hệ thống tưới tiêu của họ bị đóng cửa.

Vấn đề khan hiếm nước đối với các nhà máy chip Đài Loan thậm chí còn trở nên gay gắt hơn trong năm qua, do tình trạng hạn hán mới. Điều này đã khiến các nhà máy chip Đài Loan áp dụng các công nghệ tái chế nước mới nhất nhanh hơn so với các nhà máy ở các vị trí địa lý khác, nhằm tránh mọi sự gián đoạn đối với quá trình sản xuất trọng yếu của họ.

Áp lực từ thứ gọi là nước siêu tinh khiết

Giống như không khí bên trong nhà máy sản xuất chip phải sạch bụi đến mức mọi người cần phải mặc quần áo bảo hộ lao động, ngành công nghiệp bán dẫn sử dụng một loại nước siêu tinh khiết đặc biệt để làm sạch các tấm bán dẫn wafer trong suốt quá trình sản xuất chip.

Theo Gradiant, một công ty khởi nghiệp tái chế nước có trụ sở tại Boston, trong khi nước uống tiêu chuẩn có thể có độ tinh khiết từ 100 đến 800 microsiemens/ cm thì nước siêu tinh khiết có ít hơn mức 0,055 microsiemens/ cm.

Grace Xing, giáo sư kỹ thuật điện tử và máy tính của Đại học Cornell cho biết: “Nếu bạn muốn thiết bị điện tử đạt được hiệu suất cao nhất có thể, thì con chip tích hợp bên trong phải đạt được độ tinh khiết cực cao. Đó là một trong những lý do khiến ngành công nghiệp bán dẫn cần nhiều nước mà phải là nước siêu tinh khiết.

Sản xuất nước siêu tinh khiết là một quy trình gồm nhiều bước nhằm loại bỏ nhiều loại chất gây ô nhiễm, bao gồm vi khuẩn và các sinh vật cực nhỏ khác mà bạn có thể tìm thấy trong đại dương và hồ, cũng như các hạt nhỏ hơn, bao gồm cả các ion muối. Một kỹ thuật gọi là thẩm thấu ngược, cũng được sử dụng trong các nhà máy khử muối, bao gồm việc đẩy nước qua màng có lỗ đủ nhỏ để lọc muối.

Với vai trò quan trọng của nước trong sản xuất chip, việc thu hồi và tái sử dụng nước thải đã trở thành ưu tiên hàng đầu của ngành. Khi càng nhiều thứ có thể được tái sử dụng trong một nhà máy, thì nhu cầu khai thác nguồn cung cấp nước địa phương càng ít đi. Hiện tại, tỷ lệ nước thải có thể được tái chế khác nhau giữa các công ty và nhà máy, tùy thuộc vào quy trình sản xuất được sử dụng và mức đầu tư vào công nghệ xử lý nước thải. Tuy nhiên, tất cả họ đều phải đối mặt với cùng một vấn đề cơ bản: Khi các tấm wafer được làm sạch, nước siêu tinh khiết sau đò sẽ bị nhiễm bẩn và cần được làm sạch kỹ lưỡng trước khi có thể tái sử dụng, hoặc thải vào hệ thống xử lý nước thải công cộng.

Làm sạch nước bẩn là một quá trình phức tạp vì có thể tìm thấy vô số chất gây ô nhiễm trong nước thải nhà máy. Kỹ thuật in thạch bản và khắc ăn mòn có thể tạo ra nước thải có tính axit cao, và thậm chí có thể làm ô nhiễm nguồn nước bằng lượng axit flohydric mạnh. Ngoài ra, nước thải có chứa kim loại nặng và dung môi độc hại.

Hướng tới phân loại, tái chế nước thải để đạt được hiệu quả bền vững

Prakash Govindan, đồng sáng lập của Gradiant cho biết, ngành công nghiệp này đã phát triển các cách để tách các thành phần khác nhau của nước thải đó, tương tự như cách người dân nói chung phân loại rác tái chế. Ông nói: “Ngành công nghiệp bán dẫn thực sự rất tiên tiến khi xử lý nước thải. Các công ty tiên tiến, các công ty đa quốc gia của Mỹ mà chúng tôi làm việc cùng, cũng như các công ty Hàn Quốc và Đài Loan mà chúng tôi làm việc cùng—tất cả đều phân loại nước thải của họ thành hơn 10 loại, tối thiểu, và một số trong số đó được phân loại tối đa thành 15 hoặc 16 loại.

Từ đó, nước thải đó có thể được xử lý để tái sử dụng, một phần có thể chuyển hướng đến hệ thống cống rãnh hoặc được làm sạch, hay chuyển hướng đến các tháp giải nhiệt nước.v.v.v..

Muốn thắng trong cuộc chiến chip, bạn cần có một lượng nước tinh khiết khổng lồ - chip 1
Chất bán dẫn là thành phần thiết yếu trong các sản phẩm công nghệ, bao gồm máy tính và điện thoại thông minh. Nhu cầu về chip sẽ tăng lên cùng với việc áp dụng rộng rãi năng lượng mặt trời và các thiết bị được kết nối. Tuy nhiên, việc sản xuất chất bán dẫn đòi hỏi một lượng lớn nước siêu tinh khiết để tránh làm nhiễm bẩn các thiết bị điện tử. Ảnh: @AFP.

Các nhà sản xuất chip đang đầu tư vào việc cải thiện quy trình lọc và làm sạch để tạo ra nhiều nước hơn có thể tái sử dụng. Chẳng hạn, Intel đang nhắm mục tiêu sử dụng nước tích cực trên toàn cầu vào năm 2030, một phần dựa trên kế hoạch khử muối và xử lý nước biển và nước mưa. Trong khi đó, Micron đặt mục tiêu bảo tồn 75% lượng nước đã qua sử dụng thông qua quy trình tái sử dụng, tái chế và phục hồi chuyên dụng, hiện đại vào cuối thập kỷ này.

Prakash Govindan nói rằng, bằng cách cải tiến quy trình thẩm thấu ngược và sử dụng màng lọc độc quyền, cải tiến, các công ty chip thậm chí có thể đạt được tỷ lệ thu hồi nước tới 98% trong tương lai gầm.

Hay nói rõ hơn thì để đối phó với tình trạng hạn hán kéo dài và nhu cầu ngày càng tăng đối với chất bán dẫn, chủ sở hữu thương hiệu và nhà sản xuất chip đang tập trung vào những cách thức mới để tái chế, giảm thiểu và tái sử dụng nước được sử dụng trong quá trình sản xuất chip của họ.

Những tiến bộ mới trong xử lý nước đã xuất hiện để cho phép các nhà sản xuất chất bán dẫn thu hồi và tái sử dụng nước thải, loại bỏ các chất gây ô nhiễm mục tiêu, và thậm chí thu hồi các sản phẩm có giá trị từ dòng chất thải.

Theo Wired/Spectrum/Wired

Có thể bạn quan tâm
Công nghệ AI bị điểm mù về nhận diện chủng tộc?

Sinh viên thuộc Viện Công nghệ Massachusetts (Massachusetts Institute of Technology- viết tắt là MIT) Rona Wang đã yêu cầu một ứng dụng tạo ảnh trí tuệ nhân tạo (AI) có tên là Playground AI làm cho bức ảnh của cô ấy trông chuyên nghiệp hơn. Kết quả là nó mang lại cho cô ấy làn da trắng nhạt và đôi mắt xanh, đồng thời khiến cô ấy trông giống người da trắng hơn hẳn.

Tấn công lừa đảo email kiểu mới: Tương tác tích cực trước, sập bẫy nạn nhân sau

Báo cáo gần đây của công ty an ninh mạng toàn cầu Kaspersky cho thấy công ty đã bảo vệ hơn 17 triệu người dùng Việt Nam khỏi các lừa đảo qua email năm 2022, nhắm đến cả người dùng cá nhân và doanh nghiệp.

Rủi ro AI nghiêm trọng đòi hỏi Trung Quốc và Mỹ phải làm việc cùng nhau

Phát triển công nghệ trí tuệ nhân tạo (AI) mà không có lan can toàn cầu có thể ảnh hưởng rất nhiều đến cuộc sống của con người trong những năm tới.

Meta giấu nhẹm dữ liệu được sử dụng để đào tạo mô hình AI mới của mình

Meta đã phát hành một mô hình AI khổng lồ mới có tên là Llama 2 vào ngày 18/7. Nhưng công ty không tiết lộ nguồn dữ liệu nào được sử dụng để đào tạo cho mô hình này. Điều đó thật bất thường, bởi ngành công nghiệp AI thường chia sẻ nhiều chi tiết về bộ dữ liệu đào tạo AI của mình.

Lazada công bố 10 sản phẩm chăm sóc sắc đẹp đạt giải LazBeauty Awards 2023

Ngày 18/7, Lazada công bố 10 sản phẩm chăm sóc sắc đẹp giành chiến thắng tại Việt Nam trong khuôn khổ giải thưởng LazBeauty Awards 2023.

Người dân vùng bão Talim nếu khó có thể kiếm trợ giúp khẩn cấp qua Zalo

Dự báo mới nhất cho thấy, tuy bão Talim đang suy yếu nhưng ngày và đêm 18/7 vẫn là đỉnh điểm mưa dông, gió giật. Nhằm giúp người dân vùng bão kết nối và nhận được sự trợ giúp kịp thời, Zalo đã khởi động lại tính năng “Tìm kiếm trợ giúp trong bão lũ”.

iPhone 15 sẽ có 6 màu sắc tươi mới

Mỗi thế hệ iPhone mới gần đây đều được Apple mang đến các lựa chọn màu sắc mới. Giờ đây, ba tùy chọn màu mới được cho là sẽ đến với iPhone 15, bổ sung vào ba màu của iPhone 14.

Threads liệu có đủ sức đọ với Twitter?

Threads đang có sự tăng trưởng mạnh mẽ, nhưng nhiều chuyên gia nhận định nó sẽ phải đối mặt với các thách thức trong việc duy trì người dùng hoạt động hàng ngày.

Nhiều tỉnh thành cho tra cứu điểm thi THPT 2023 trên Zalo

Từ ngày 18-7, thí sinh ở tỉnh Tây Ninh và Bình Định có thể tra cứu điểm thi THPT Quốc gia 2023 qua mini app trên Zalo. Ngoài ra, phụ huynh và thí sinh tại Bến Tre, Kiên Giang, Đà Nẵng, Phú Yên, Hà Giang,… cũng có thể xem điểm trên các trang Zalo Official Account (Zalo OA) của tỉnh.

Tạm biệt phông chữ mặc định Calibri trên Microsoft Office sau 15 năm

Kể từ tuần này, Calibri không còn là phông chữ mặc định của Microsoft sau khi công ty chọn Aptos lấy cảm hứng từ kiểu chữ Thụy Sĩ giữa thế kỷ 20 làm lựa chọn thay thế.