考量到對氣候變遷的憂患意識持續高漲，全球各地的科技公司都在加速投入各自的供應鏈和產品，以達到碳中和。為加速達成這個目標，半導體製造業除了採用自上而下的碳盤查方法外，還必須導入由下而上的模型，以獲得全面的洞見。
半導體產業在科技業邁向淨零碳排的過程中，扮演了關鍵角色。舉例來說，在一支智慧型手機的生命週期中，有超過7成的碳足跡可追溯到其製程，其中有將近一半，或約等於整體碳足跡的40%，來自晶片生產。
為了降低晶片製造對環境造成的影響，我們必須先瞭解它所帶來的影響力有多大。這個議題有幾個子面向。一，釐清哪些製造環節對碳排的影響最顯著；二，觀測其未來的發展動向；三，盤點我們目前掌握了哪些可以抑制這些影響的手段。
但目前開放的生命週期盤查資料庫並沒有進行這類分析所需的資料。例如，這些資料庫並不含3D NAND或14奈米以下的邏輯晶片等先進技術。加上多數公司都採用由上而下(Top-down)的分析模式，也就是每家公司每年回顧自家晶圓廠的產量，然後從採購的角度來分析用電量、用水量和其他資源的用量。這種作法不能提供更大範圍的分析結果，例如以製程或廠房為單位的資料洞見。
為了縮小這種資料漏洞，必須採取全方位的觀點，並共享涵蓋整個生產週期和供應鏈的碳排放資料。因此，我們必須改用由下而上(Bottom-up)的分析模式，才能辨別出對碳排產生重大影響的環節，並預測未來動態。所以，半導體產業必須盡可能達到資料透明化，同時在蒐集及匯報永續性(Sustainability)資料方面尋求更多的共識，遵循國際半導體產業協會(SEMI)在半導體氣候聯盟(Semiconductor Climate Consortium)上所提出的標準。
半導體淨零三部曲：評估、改良、顛覆
2021年，imec啟動了永續半導體技術與系統(SSTS)研究計畫，為的是協助晶片製造價值鏈達到環境永續性的多個目標。這項計畫由三大要素組成：評估(Assess)、改良(Improve)與顛覆(Disrupt)。
在評估方面，其核心是imec內部開發的imec.netzero模擬平台。作為一座虛擬晶圓廠，該平台提供現有及未來邏輯與記憶體技術一種由下而上量化晶片製造的資料分析視角。其目標是成為用來預測不同製程所衍生的能耗量、用水量、礦物用量及溫室氣體排放量的業界標準。
不同於其它模型，imec.netzero模擬平台提供了可付諸行動的資料，包含製程步驟及製程工具等級的精細資料，藉此就能預測未來技術走向，並找出高影響力製程。
針對這些高影響力製程，這項計畫在「改良」方面正在進行多項合作計畫。一方面，imec正在探索各種解決方案，以盡可能地減少我們計畫夥伴的廠房設施所帶來的環境影響。另一方面，imec自有的12吋晶圓廠，也是一個重要的研究實驗場域。在「顛覆」方面，其長期目標是發展一套環境影響工具箱，納入有關環境的指標與規範。這最終將能在綠色科技的路徑探索(Pathfinding)過程中，推動新型晶片技術進行功耗、性能、尺寸、成本及環境(PPAC-E)分析。
該計畫的研究結果將以指導方針的形式發表，提供計畫相關人員參考，並且與SEMI半導體氣候聯盟合作，共同設定發展藍圖，以協助半導體業實現淨零排放。詳盡的研究洞見和數據也將與學術研究領域的專家及更多群眾共享。2023年11月，imec推出了imec.netzero模擬平台的公開網路版本，提供更多用戶一套工具，以獲取有關晶片製造環境影響的高階資訊。
由於該工具跳脫了現有的分析框架，因此不論是對需要進行產品生命週期評估(LCA)的設計人員，或是研究資通訊(ICT)業對環境影響的學術研究者，甚至是需要產業環境影響資訊的政策制定者，這種工具可能都具有極大的價值。
imec也提供SSTS研究計畫的合作夥伴另一套更完善的imec.netzero模擬平台版本。合作夥伴版所用的晶圓廠模型和製程資料庫與公開版相同，但能提供更多細節，協助識別高影響力領域，為未來的技術建立模型，並為虛擬晶圓廠模型開放更多建立參數的選項。藉此，我們的合作夥伴就能站在半導體業的關鍵創新前沿，抓住綠色科技的先機。
這套方法之所以成功，仰賴的是IC價值鏈上下全員的積極參與。因此，imec非常樂見能夠納入多個知名的系統和無晶圓廠、設備、基礎設施及材料供應商，以及整合元件廠(IDM)和晶圓代工廠，作為我們計畫的合作夥伴。
舉例來說，IDM和晶圓代工廠可以協助imec團隊進行基準測試。imec採取由下而上的模式來建立模型，從不同出處蒐集資料，其中包含imec自家的晶圓廠。但是百密難免會有一疏。而晶圓代工廠就能提供由上而下的觀點，讓模型更貼近現實，並協助imec進一步調整及優化imec.netzero模擬平台。
所有計畫成員都能使用囊括所有夥伴的獨特生態系統，並據此討論如何訂定發展藍圖，以協助供應鏈全體達到淨零排放。
評估、改良、顛覆三部曲 晶片製造邁向淨零排放(1)
