Chất bán dẫn là khối xây dựng cơ bản của vi mạch. Những tuyệt tác công nghệ này có trong mọi thứ, từ bóng đèn và bàn chải đánh răng cho đến ô tô, tàu hỏa và máy bay, chưa kể đến hàng loạt thiết bị điện tử đã trở thành một phần không thể thiếu trong cuộc sống hàng ngày của nhiều người.
Ngành công nghiệp sản xuất chip của thế kỷ 21 được mô tả là “ít nhất có tầm quan trọng về mặt địa chính trị như dầu mỏ vào thế kỷ 20”. Nhưng bán dẫn Quá trình sản xuất đòi hỏi một lượng nước lớn để giữ cho máy móc mát mẻ và các tấm wafer không có mảnh vụn, đồng thời tình trạng khẩn cấp về khí hậu đang diễn ra khiến ngành này gặp rủi ro.
Mặc dù ngành này phụ thuộc vào nước nhưng người ta ít chú ý đến việc thay đổi điều kiện môi trường có thể tác động đến ngành này như thế nào. Báo cáo của các nhà báo và các tổ chức tư vấn có xu hướng coi khí hậu là một yếu tố rủi ro cho tương lai của ngành.
Tuy nhiên, trên toàn cầu và khu vực đang có những dấu hiệu rắc rối. Ví dụ, Đài Loan sản xuất khoảng 90% chất bán dẫn tiên tiến nhất thế giới và đã trải qua đợt hạn hán đáng kể kể từ năm 2021.
Hạn hán tồi tệ đến mức nông dân Đài Loan phải trả tiền để bỏ hoang cánh đồng của họ để lượng nước lẽ ra dùng cho nông nghiệp có thể được đưa vào các nhà máy sản xuất chất bán dẫn. Các nhà máy sản xuất của Đài Loan thậm chí còn phải vận chuyển nước từ lưu vực này sang lưu vực khác để khắc phục tình trạng thiếu nước.
Dữ liệu có sẵn công khai về căng thẳng nước do biến đổi khí hậu gây ra, kết hợp với dữ liệu về vị trí của các cơ sở sản xuất chất bán dẫn hiện có, đã được quy hoạch và công bố trên khắp thế giới, tất cả đều chỉ ra các mô hình toàn cầu về mối lo ngại về tương lai của ngành sản xuất chất bán dẫn.
Tình trạng thiếu nước đang rình rập phía trước
Bất kể kịch bản biến đổi khí hậu được xem xét là gì—dù lạc quan, kinh doanh bình thường hay bi quan—ít nhất 40% tổng số nhà máy sản xuất chất bán dẫn hiện tại đều nằm ở các lưu vực sông được dự đoán sẽ gặp rủi ro căng thẳng về nước cao hoặc cực cao vào năm 2030.
Các lưu vực sông có nguy cơ cao là những lưu vực trong đó 40 đến 80% tổng lượng nước mặt và nước ngầm có thể tái tạo được sử dụng cho mọi mục đích (ví dụ như tưới tiêu, công nghiệp, sinh hoạt). Những lưu vực sông có nguy cơ cực kỳ cao là những lưu vực có hơn 80% tổng lượng nước mặt và nước ngầm có thể tái tạo được đang được sử dụng.
Phần lớn mối lo ngại gần đây về sản xuất chất bán dẫn đã vẽ ra vấn đề về mặt địa chính trị về sự cạnh tranh giữa các quốc gia, đặc biệt là giữa Trung Quốc và Hoa Kỳ.
Cả Mỹ và Châu Âu đều công bố khoản tài trợ lớn của chính phủ cho ngành sản xuất chất bán dẫn, đặc biệt là để khôi phục cơ sở vật chất của các công ty đã mất hàng thập kỷ để thiết lập năng lực sản xuất bên ngoài các khu vực đó. Tuy nhiên, các cơ sở sản xuất đang được công bố hoặc đang được xây dựng ở Mỹ và Châu Âu đều nằm ở những khu vực đang phải đối mặt với tình trạng căng thẳng đáng kể về nước.
Intel, Công ty Sản xuất Chất bán dẫn Đài Loan (TSMC) và Samsung đều đang xây dựng các cơ sở mới ở phía Tây Nam Hoa Kỳ — một khu vực đã rơi vào tình trạng hạn hán chính thức kể từ năm 1994. Năm 2021, Cục Khai hoang Hoa Kỳ lần đầu tiên đưa ra tuyên bố thiếu hụt đối với Colorado Lưu vực sông.
Các kịch bản về biến đổi khí hậu trong tương lai cho thấy hơn 40% tất cả các cơ sở sản xuất chất bán dẫn mới được công bố kể từ năm 2021 sẽ nằm ở các lưu vực sông có khả năng gặp phải các kịch bản căng thẳng về nước có nguy cơ cao hoặc cực kỳ cao.
Nói một cách đơn giản, biến đổi khí hậu và tình trạng thiếu nước đang tạo ra rủi ro cho ngành sản xuất chất bán dẫn trong cả ngắn hạn và dài hạn.
Tình trạng của ngành
Các cơ sở sản xuất chất bán dẫn được đầu tư hàng tỷ đô la. Người ta không chỉ đơn giản chọn một cơ sở từ một địa điểm và thả nó xuống nơi khác nếu điều kiện nước ở địa phương trở nên có vấn đề.
Mặc dù tương lai của ngành có thể đáng lo ngại nhưng rủi ro căng thẳng về nước tổng hợp chỉ nói lên một phần câu chuyện. Tầm quan trọng của các nút cụ thể trong mạng lưới sản xuất chất bán dẫn toàn cầu là một yếu tố quan trọng khác.
Ví dụ, TSMC được công nhận rộng rãi là công ty hàng đầu thế giới trong việc sản xuất chất bán dẫn tiên tiến cho các công ty như Apple, Nvidia và Cerebras. Tuy nhiên, các cơ sở nơi TSMC sản xuất cho các công ty này chỉ được đặt tại ba địa điểm ở Đài Loan. Điều này làm cho mạng lưới sản xuất toàn cầu sản xuất các công nghệ này khá mong manh. Chất bán dẫn, đặc biệt là những chất bán dẫn tiên tiến nhất, chỉ dựa vào mạng lưới gồm một số cơ sở như TSMC.
Khách hàng của những cơ sở đó không thể dễ dàng chuyển sang nhà cung cấp khác khi đối mặt với tình trạng gián đoạn, do đó, các vấn đề phát sinh tại một cơ sở có thể lan truyền khắp chuỗi cung ứng toàn cầu. Điều này có thể tác động đến nhiều loại hàng hóa sử dụng chất bán dẫn, như đã từng xảy ra trong đại dịch COVID-19.
Các nhà sản xuất chất bán dẫn lớn như Intel và TSMC tuyên bố sẽ thực hiện nghiêm túc việc quản lý nước. Tuy nhiên, báo cáo của chính công ty họ cho thấy có thể có rắc rối phía trước. Bất chấp các khoản đầu tư của TSMC vào việc cải tạo và tái chế nước, công ty dự đoán chỉ có thể cung cấp 2/3 lượng nước tiêu thụ hàng ngày cần thiết tại các cơ sở có trụ sở tại Đài Loan.
Trong khi đó, Intel tuyên bố sẽ đạt được mức sử dụng nước ròng tích cực trên toàn bộ mạng lưới sản xuất của mình. Tuy nhiên, họ quản lý thành tích này chỉ bằng cách tính lượng nước dư thừa tại một số nơi trên thế giới so với lượng nước thiếu hụt tại các cơ sở của họ ở nơi khác.
Tương lai đáng lo ngại phía trước
Sẽ không dễ dàng—hoặc không hề rẻ—để khắc phục rủi ro căng thẳng về nước thường xuyên đối với ngành công nghiệp bán dẫn phát sinh từ tình trạng khẩn cấp về khí hậu đang diễn ra. Xung đột đã tồn tại giữa ngành này và những người sử dụng nước khác.
Ngay cả khi các công ty riêng lẻ thực hiện những cải tiến hiệu quả sử dụng nước một cách ấn tượng, những nỗ lực này không tự động mang lại hiệu quả mang tính hệ thống trên các mạng lưới sản xuất chất bán dẫn. Và sẽ không có hiệu quả nào có thể khắc phục được vấn đề nước cần thiết cho sản xuất chất bán dẫn cũng đang được những người dùng khác cần.
Vẫn có thể tránh được một số hậu quả tồi tệ nhất của việc gây ra căng thẳng về nước trong tương lai cho ngành bằng cách xem xét lại vị trí của các cơ sở trong tương lai đã được công bố nhưng chưa được xây dựng.
Không có khả năng tiếp cận an toàn với lượng nước lớn thì không có chất bán dẫn và không có chất bán dẫn thì không có thiết bị điện tử. Tình trạng khẩn cấp về khí hậu là nguyên nhân chính gây ra căng thẳng về nước cả hiện tại và tương lai. Ngành công nghệ có thể đối phó được không? Nó vẫn còn để được nhìn thấy.