Muchos sectores de la industria tecnológica están adoptando rápidamente herramientas de IA y virtualización, aunque existen ciertas preocupaciones sobre la cantidad de energía requerida para hacer funcionar esas herramientas. Pero, ¿es posible que en algunas situaciones los impactos ambientales de las simulaciones por computadora sean menores que los de los experimentos en el mundo real?
Lam Research, uno de los mayores fabricantes de equipos para la fabricación de chips en el mundo, realizó un análisis interno profundo de sus operaciones de I+D para responder a esta pregunta. Los resultados muestran que, a pesar de que la modelización por IA y la virtualización requieren una cantidad significativa de energía, pueden reducir las emisiones de carbono entre un 20 y un 80 por ciento en comparación con los experimentos en el mundo real, dependiendo del aspecto de la investigación en semiconductores que se lleve a cabo.
En 2021, Lam Research se comprometió a operar con electricidad 100% renovable para 2030 y a alcanzar emisiones netas cero para 2050.
David Fried, vicepresidente corporativo de Semiverse Solutions en Lam Research, afirma que para que su equipo alcance este objetivo de emisiones netas cero, “era importante que probáramos una variedad de nuestros procesos y midiéramos la huella de carbono real de nuestras actividades de I+D para obtener la información necesaria para realizar los cambios más significativos en nuestro negocio.”
En particular, la empresa examinó las emisiones de carbono asociadas con la investigación y el desarrollo de los equipos y procesos necesarios para la fabricación a nanoescala de semiconductores como los circuitos integrados.
“Fabricar estos diminutos dispositivos es un proceso de fabricación extremadamente complejo que abarca cientos de pasos especializados que se refinan extensivamente durante el proceso de I+D, casi la mitad de los cuales involucran procesos químicos de plasma intrincados como grabado y depósito con una precisión a nanoescala”, dice Fried. “Esto requiere significativos recursos en forma de materiales, productos químicos, gases y un alto consumo de energía.”
Reemplazando Pruebas de Laboratorio con Pruebas Virtuales
El equipo de Fried buscó comparar las emisiones de carbono asociadas con la investigación y el desarrollo tradicionales realizados en un laboratorio físico con la misma investigación realizada utilizando IA y virtualización tanto como fuera posible en lugar de experimentos de laboratorio. Evaluaron diferentes áreas de prototipado de hardware, optimización de procesos y desarrollo de recetas para obleas de silicio.
En cada caso, compararon la huella de carbono de la modelización computacional con la huella de carbono de la experimentación física. Los resultados se describen en un estudio publicado en el número de noviembre de IEEE Transactions on Semiconductor Manufacturing.
El equipo informa que, aunque las simulaciones produjeron los mismos resultados que los experimentos de laboratorio, las simulaciones implicaron reducciones significativas en las emisiones de carbono: alrededor del 20 por ciento para muchos de los escenarios de investigación, pero para algunos escenarios, como las simulaciones de iones de plasma, fue de hasta el 80 por ciento.
“La simulación parece ser casi universalmente menos intensiva en recursos que la experimentación física, por lo que recomendamos a los investigadores que busquen oportunidades para minimizar los experimentos e intenten resolver sus problemas utilizando métodos computacionales,” dice Fried.
En particular, el estudio reveló que la producción de una sola oblea de circuito completo tiene una huella de aproximadamente 1,500 kilogramos de dióxido de carbono a lo largo de su vida útil. En comparación, las herramientas de virtualización e IA que funcionan en una computadora de alto rendimiento necesitarían ejecutar cálculos durante 27,000 horas, o un poco más de 3 años, para alcanzar el mismo nivel de emisiones de carbono.
Fried señala que los beneficios ambientales de las simulaciones van más allá de la reducción de las emisiones de carbono, conservando otros recursos vitales como agua y productos químicos que se usan extensivamente en la fabricación de semiconductores, además de ayudar a reducir la liberación de contaminantes al aire.
En términos de operaciones de la empresa, Fried dice que su equipo también encontró que las simulaciones condujeron a ahorros de tiempo, una reducción en los costos y una mayor colaboración entre los equipos.
“[Colectivamente] estos resultados prometedores apuntan aún más a que los gemelos virtuales y la simulación son un cambio de paradigma para la fabricación de semiconductores,” señala.
