أشباه الموصلات هي اللبنات الأساسية للرقائق الدقيقة. توجد هذه الأعاجيب التكنولوجية في كل شيء بدءًا من المصابيح الكهربائية وفرشاة الأسنان وحتى السيارات والقطارات والطائرات، ناهيك عن المجموعة الواسعة من الأجهزة الإلكترونية التي أصبحت جزءًا لا يتجزأ من الحياة اليومية للعديد من الناس.
تم وصف صناعة تصنيع الرقائق في القرن الحادي والعشرين بأنها "على الأقل ذات أهمية جيوسياسية مثل النفط في القرن العشرين". لكن أشباه الموصلات يتطلب التصنيع كميات هائلة من المياه للحفاظ على برودة الآلات وألواح الرقاقة الخالية من الحطام، كما أن حالة الطوارئ المناخية التي تتكشف تعرض الصناعة للخطر.
على الرغم من اعتماد الصناعة على المياه، لم يتم إيلاء سوى القليل من الاهتمام لكيفية تأثير الظروف البيئية المتغيرة عليها. تميل التقارير التي يقدمها الصحفيون ومؤسسات الفكر والرأي إلى التغاضي عن المناخ باعتباره عامل خطر يهدد مستقبل الصناعة.
ومع ذلك، هناك علامات على وجود مشاكل على المستوى العالمي والإقليمي. وتنتج تايوان، على سبيل المثال، نحو 90 بالمئة من أشباه الموصلات الأكثر تقدما في العالم، وتشهد جفافا كبيرا منذ عام 2021.
إن الجفاف سيء بما يكفي لدرجة أن المزارعين التايوانيين يحصلون على أموال مقابل إبقاء حقولهم بوراً حتى يمكن تغذية مصانع أشباه الموصلات بالمياه التي كانت ستستخدم في الزراعة. حتى أن المصانع التايوانية اضطرت إلى اللجوء إلى نقل المياه بالشاحنات من مستجمع مياه إلى آخر للتغلب على النقص.
وتشير البيانات المتاحة للعامة عن الإجهاد المائي الناجم عن تغير المناخ، إلى جانب البيانات المتعلقة بموقع مرافق تصنيع أشباه الموصلات القائمة والمخططة والمعلن عنها في جميع أنحاء العالم، إلى أنماط عالمية من القلق بشأن مستقبل تصنيع أشباه الموصلات.
نقص المياه يلوح في الأفق
بغض النظر عن سيناريو تغير المناخ الذي تم أخذه بعين الاعتبار - سواء كان متفائلاً أو متشائمًا أو متشائمًا - فإن ما لا يقل عن 40 في المائة من جميع مصانع تصنيع أشباه الموصلات الحالية تقع في مستجمعات المياه التي من المتوقع أن تواجه مخاطر إجهاد مائي عالية أو عالية للغاية بحلول عام 2030.
مستجمعات المياه عالية المخاطر هي تلك التي يتم فيها استخدام ما بين 40 إلى 80 في المائة من إجمالي المياه السطحية والجوفية المتجددة المتاحة لجميع الأغراض (مثل الري والاستخدام الصناعي والمنزلي). مستجمعات المياه شديدة الخطورة هي تلك التي يستخدم فيها أكثر من 80 في المائة من إجمالي المياه السطحية والجوفية المتجددة.
إن الكثير من المخاوف التي تم التعبير عنها مؤخراً بشأن تصنيع أشباه الموصلات ترسم القضية من الناحية الجيوسياسية حول التنافس بين الدول، وخاصة بين الصين والولايات المتحدة.
وقد أعلنت كل من الولايات المتحدة وأوروبا عن تمويل حكومي كبير لصناعة أشباه الموصلات، وخاصة لإعادة مرافق الشركات التي أمضت عقودا من الزمن في إنشاء القدرة التصنيعية خارج تلك المناطق. ومع ذلك، فإن مرافق التصنيع التي تم الإعلان عنها أو قيد الإنشاء في الولايات المتحدة وأوروبا تقع جميعها في مناطق تواجه بالفعل ضغوطًا مائية كبيرة.
تعمل كل من شركة Intel وشركة تايوان لتصنيع أشباه الموصلات (TSMC) وسامسونج على بناء منشآت جديدة في جنوب غرب الولايات المتحدة، وهي منطقة كانت تعاني من ظروف الجفاف الرسمية منذ عام 1994. وفي عام 2021، أصدر مكتب الاستصلاح الأمريكي أول إعلان له على الإطلاق عن النقص في نهر كولورادو. حوض النهر.
تشير سيناريوهات تغير المناخ المستقبلية إلى أن أكثر من 40 بالمائة من جميع مرافق تصنيع أشباه الموصلات الجديدة المعلن عنها منذ عام 2021 ستكون في مستجمعات مياه من المحتمل أن تشهد سيناريوهات إجهاد مائي عالية أو شديدة الخطورة.
وببساطة، يؤدي تغير المناخ ونقص المياه إلى خلق مخاطر لصناعة أشباه الموصلات على المدى القصير والطويل.
حالة الصناعة
تبلغ قيمة مرافق تصنيع أشباه الموصلات استثمارات بمليارات الدولارات. لا يقوم المرء ببساطة باختيار منشأة من موقع واحد وإغراقها في مكان آخر إذا أصبحت ظروف المياه المحلية مشكلة.
وبقدر ما قد يكون المستقبل مثيرا للقلق بالنسبة لهذا القطاع، فإن مخاطر الإجهاد المائي الإجمالية لا تحكي سوى جزء من القصة. تعد أهمية عقد معينة في شبكات الإنتاج العالمية لأشباه الموصلات عاملاً رئيسياً آخر.
على سبيل المثال، تُعرف شركة TSMC على نطاق واسع بأنها شركة رائدة عالميًا في تصنيع أشباه الموصلات المتقدمة لشركات مثل Apple وNvidia وCerebras. ومع ذلك، فإن المرافق التي تقوم TSMC بتصنيعها لتلك الشركات تقع في ثلاثة مواقع فقط في تايوان. وهذا يجعل شبكات الإنتاج العالمية التي تصنع هذه التقنيات هشة للغاية. تعتمد أشباه الموصلات، وخاصة الأكثر تقدمًا، على شبكة مكونة من عدد قليل فقط من المرافق مثل TSMC.
لا يمكن لعملاء هذه المرافق التحول بسهولة إلى مورد آخر في مواجهة أي انقطاع، لذلك يمكن للمشكلات التي تنشأ في منشأة واحدة أن تتسلسل عبر سلاسل التوريد العالمية. ويمكن أن يؤثر ذلك على مجموعة واسعة من السلع التي تستخدم أشباه الموصلات، كما حدث خلال جائحة كوفيد-19.
تدعي شركات تصنيع أشباه الموصلات الكبرى مثل Intel وTSMC أنها تأخذ إدارة المياه على محمل الجد. ومع ذلك، تشير تقارير شركتهم إلى احتمال وجود مشاكل في المستقبل. وعلى الرغم من استثمارات TSMC في استصلاح المياه وإعادة تدويرها، تتوقع الشركة أن تكون قادرة على توفير ثلثي استهلاك المياه اليومي المطلوب في منشآتها الموجودة في تايوان.
وفي الوقت نفسه، تدعي شركة إنتل أنها تحقق استخدامًا إيجابيًا صافيًا للمياه عبر شبكتها التصنيعية ككل. لكنها لا تتمكن من تحقيق هذا الإنجاز إلا من خلال حساب فائض المياه في مواقع في جزء واحد من العالم مقابل العجز المائي في منشآتها في أماكن أخرى.
مستقبل مقلق في المستقبل
لن يكون من السهل ــ أو الرخيص ــ التغلب على مخاطر الإجهاد المائي المزمن التي تواجه صناعة أشباه الموصلات والناجمة عن حالة الطوارئ المناخية. وتوجد صراعات بالفعل بين القطاع ومستخدمي المياه الآخرين.
وحتى مع قيام الشركات الفردية بإجراء تحسينات مثيرة للإعجاب في كفاءة استخدام المياه، فإن هذه الجهود لا تؤدي تلقائيا إلى كفاءات نظامية عبر شبكات إنتاج أشباه الموصلات. ولن يتمكن أي قدر من الكفاءة من التغلب على مشكلة المياه اللازمة لتصنيع أشباه الموصلات والتي يحتاجها مستخدمون آخرون أيضًا.
وربما لا يزال من الممكن تجنب بعض أسوأ العواقب المترتبة على احتواء الإجهاد المائي المستقبلي للقطاع من خلال إعادة التفكير في موقع المرافق المستقبلية التي تم الإعلان عنها، ولكنها ليست قيد الإنشاء بعد.
وبدون الوصول الآمن إلى كميات كبيرة من الماء لن توجد أشباه الموصلات، وبدون أشباه الموصلات لن توجد إلكترونيات. تعد حالة الطوارئ المناخية محركًا رئيسيًا للإجهاد المائي سواء الآن أو في المستقبل. فهل يستطيع قطاع التكنولوجيا التأقلم؟ يبقى أن نرى.