Computerchips zijn de nieuwe klimaatbommen


AI en krachtige semiconductors zullen meer energie verslinden dan de planeet nu te bieden heeft. Het Vlaamse onderzoekscentrum Imec wil als eerste de ecologische voetafdruk van chips berekenen. ‘De tijd van lage kosten is voorbij.’


‘ChatGPT is de snelst geadopteerde software ooit en gebruikt elke dag dezelfde hoeveelheid energie als 5.000 huizen.’ Het is een claim waar Mark Papermaster, technisch directeur van het Amerikaanse processorbedrijf AMD, van wakker ligt. De echte consumptie van geavanceerde AI is moeilijk te achterhalen. Maar, benadrukt Papermaster, het is cruciaal om er nu zicht op te krijgen. ‘AI is geen hype maar een blijver. Ze zal in elke sector de productiviteit opdrijven. Er komen betere weermodellen aan, efficiënter geneesmiddelenonderzoek, computerbewerkingen op maat van bedrijven voor gelijk welke taak. Onze enige barrière? Het energieverbruik.’


Eén kerncentrale per supercomputer

‘Digitalisering’ wordt vaak gelijkgesteld aan ‘vergroening’. Maar geen product slurpt zoveel grondstoffen op in verhouding tot zijn gewicht als de chip. Voor het eerst geeft de hele sector zelf toe dat er nood is aan een groene revolutie. ‘De massale uitrol van chips in een gedigitaliseerde wereld heeft een grote impact op het klimaat’, zegt Cédric Rolin van het Vlaamse onderzoekscentrum Imec.

Luc Van den hove, ceo van Imec, schetst een dreigende toekomst. ‘Als de huidige trend zich doorzet, overschrijdt de energiebehoefte voor datagebruik na 2040 het wereldwijde aanbod van energie. De CO2-uitstoot van bepaalde halfgeleiders is in tien jaar verdubbeld.’ Doet de sector niets, dan gaat hij zes keer over het koolstofbudget dat het klimaatakkoord van Parijs aanraadt. ‘Zelfs als we alle fabs (de productiesites waar chips gemaakt worden, red.) op groene energie laten draaien, consumeren we drie keer te veel.’

Een chip is een halfgeleider die berekeningen uitvoert of data opslaat. De chip die vandaag in elektronische tandenborstels zit is tientallen keren krachtiger dan de primitieve chip die de maanlanding mogelijk maakte – en kost een fractie van de prijs ervan. Maar die enorme productie eist energieverslindende machines die 24 op 7 chips etsen en scannen, in stofvrije en gezuiverde ruimtes. ‘Etsen gebeurt via broeikasgassen die duizenden keren krachtiger zijn dan CO2’, zegt Rolin. Normaal vangt een soort filtersysteem die op en breekt ze in deeltjes uiteen. Maar bij fabs gebouwd in de jaren 90 en zelfs 2000 loopt dat proces niet efficiënt, en lekken de gassen de lucht in. ‘Betere systemen installeren tegen die lekkage kan, maar er is voorlopig geen return on investment.’

Chips maken is een oefening in minimale verspilling: per hoeveelheid geslaagde chips zijn er ook mislukte die op de schroothoop belanden. De Taiwanese sectorkampioen TSMC heeft een hoog rendement, sommige Chinese fabs smijten volgens claims uit de sector meer weg dan ze opleveren. ‘Als wij die verhouding tussen geslaagde en niet-geslaagde chips naar beneden krijgen, zijn we vanzelf energie-efficiënter’, zegt Atsuyoshi Koike van de Japanse chipmaker Rapidus. ‘Het moment is rijp voor een meer duurzame aanpak. Vroeger waren kopers gefixeerd op lage kosten en smeten we grondstoffen weg. Die tijd is voorbij.’


Juiste chipact?

Als die chips in een elektronisch apparaat of in een datacentrum belanden, slurpen ze verder energie. ‘Zeker het trainen en gebruik van deep learning of AI is zeer energie-intensief’, zegt Rolin. ‘Er wordt in Europa gewerkt aan regulering om duurzame productienormen op te leggen aan de sector, maar die zijn er nog niet. Een hogere marktprijs voor de uitstootrechten zou helpen. We hebben zowel de wortel als de stok nodig.’

Aan die wortel wil Imec bijdragen met zijn duurzaamheidsinitiatief (het ‘Sustainable Semiconductor Technologies & Systems of SSTS). Alle technologiereuzen zitten erin, van Apple en Google tot Meta en Microsoft. Nu zijn ook grote chipbouwers als Samsung en TSMC toegetreden.

Die reuzen doen dat omdat Imec een betere onderzoekscapaciteit heeft dan de bedrijven apart. Door cijfers over energiegebruik in de fabs te verzamelen, moet Imec bedrijven als Apple helpen om hun duurzaamheidsbeloftes te halen. ‘Zulke bedrijven staan onder druk van het publiek, maar hebben zelf amper zicht op de uitstoot van hun toeleveranciers’, zegt Rolin. ‘Wij werken een gestandaardiseerde, wetenschappelijke methode uit om de ecologische voetafdruk van een chip te berekenen. Bedrijven geven echter niet allemaal graag informatie vrij over hun werkproces.’

Imec kan op termijn ook concrete vergroeningsmaatregelen voorstellen, maar waarschuwt dat het maakproces van chips te complex is voor quick fixes. ‘Er zit wel degelijk een limiet op de hoeveelheid complexe apparatuur die een bedrijf aankan’, zegt Rolin.

Daarom gelooft Luc Van den hove dat optimaliseren in de marge niet volstaat. ‘We moeten naar een compleet nieuwe architectuur van chips’, benadrukt hij. Types chips die meer data kunnen verwerken met minder energie. ‘Dat wil zeggen: nieuwe ontwerpen maken en de turbo zetten op innovatie. Internationale samenwerking is daarvoor broodnodig.’ Dat is een waarschuwing, want als er één sector is waar de economische ‘ontkoppeling’ tussen China en het Westen dreigt, dan is het de digitale.

Wereldwijd maken regeringen budgetten vrij voor eigen chipproductie. Niemand wil nog 100 procent afhankelijk zijn van het kwetsbare Taiwan of van China. In Europa is er daarom de Chips Act, maar ook de VS, Japan of Singapore hebben subsidiepotjes. ‘Al meer dan 100 miljard euro publiek en privaat geld is toegezegd voor semiconductoren op Europees grondgebied’, zei Commissaris Thierry Breton op het jaarlijkse congres van Imec. ‘Maar het kan niet de bedoeling zijn dat we al die subsidies gebruiken om bijvoorbeeld elkaars onderzoek te dupliceren’, benadrukt Van den hove. ‘Als we mikken op zelfvoorziening, eindigen we met middelmatigheid.’


DS, 19-05-2023 (Giselle Nath)