光子学和可持续芯片制造
在 SPIE 国防 + 商业传感 2024 的全体会议上，Anu Agarwal 解释了为什么光子学是可持续微电子行业的关键组成部分
2024 年 4 月 26 日 William G. Schulz 活动
麻省理工学院的 Anu Agarwal 在 SPIE 国防 + 商业传感 2024 上向全场观众发表演讲
可持续性是今年 SPIE 国防 + 商业传感演讲中的一个热门话题。这是一个合适的主题，因为年度活动持续了一周，包括 2024 年地球日。
在 AI/ML + 可持续性研讨会全体会议上，麻省理工学院首席研究科学家 Anu Agarwal 以一张她坏掉的手机的照片开始了她的幻灯片演示。她引用这个并不罕见的经历来强调维修和可回收性并不是微电子行业 DNA 的一部分。
“当然，我把它带到了商店，”阿加瓦尔谈到坏掉的手机时说道。“他们告诉我，‘好的，没问题，我们可以给你一部新手机，免费升级。’”
“但我不想要新手机，”她继续说道。“我想修好这个。他们说那要花我 200 美元。那么，这张照片有什么问题？我免费得到一部新手机，但修理我的旧手机要花我 200 美元？”
阿加瓦尔说，当手机这样的产品无法设计得更便宜、更容易维修时，这个行业就出了问题。她指出，2023 年，手机等各种设备中售出的微芯片将超过一万亿个，每年的工业产出需要大约 150 千瓦的能源、8 亿立方米的水，总共产生约 500 兆吨二氧化碳当量排放。未来几年对微芯片的需求预计将飙升约 70%，需要至少增加 100 万人的劳动力，高于目前的 200 万人。她指出，半导体制造的大部分污染都归因于市场增长。 Agarwal 说，劳动力增长问题使她在考虑行业可持续性时考虑“手印”和“足迹”。她的意思是，公司和个人可以采取哪些行动来减少碳排放，例如远程工作、远程会议以及所有非制造业固有的可选行为。 “如果你看看整个行业的可持续发展报告，你会发现它们是苹果和橘子，”Agarwal 说。 “它们无法比较。有些人在谈论水循环利用，有些人在谈论发电及其减少发电量的方法。有些人在谈论如何减少工艺排放。”
她建议采用一种标准化方法，考虑对生产和产品生命周期最重要的环境影响类别。从那里开始，“我们在减少足迹方面承担的最大责任是什么？我们有哪些主要机会？我认为，在未来，我们将制定客观、定量的答案，说明如何在生命周期分析中添加足迹和手印。我们可以研究整个供应链中的制造业，从设计到生产，再到使用——确定对可持续性的主要贡献者，首先触及这些过程，然后再沿着链条向下移动。”
Agarwal 表示，在芯片行业可以变得更加可持续的众多方式中，光子芯片和/或光子和电子芯片的耦合方面的创新提供了巨大的希望。“我们能摆脱铜互连吗？”她问道。“光子互连——它们不是新想法。人们称它们为共封装光学器件。这是过去 20 年来业界的趋势，[光] 光纤越来越靠近封装中的开关。减少铜线长度肯定是正在发生的事情，但我们需要做得更多。”她提倡芯片到芯片耦合方面的创新，将电子和光子电路一起放在光学中介层上。
Agarwal 表示，通过电子/光子融合，微电子行业可以在设备使用时降低能耗，而光子节点可以耦合到传统电子节点。这将使模块化部件的交换更加简单，并且比电子部件寿命更长的组件更容易维修。“我们需要找到一种方法来减少、重复使用、回收，当然，还要在我们的词汇表中增加可持续性修复的概念。”
“我们的想法是，我们需要积极推动微芯片行业的可持续发展，而不是作为一种合规方法。我们需要加速变革以促进可持续发展，”她说。“除非我们采取行动，否则可持续的未来是无法保证的。”
