Khí thải từ sản xuất chip sẽ tăng khoảng 33% vào năm 2030

Làn sóng bùng nổ trí tuệ nhân tạo đang đẩy nhu cầu chip nhớ lên mức chưa từng có, nhưng đi kèm với đó là áp lực môi trường ngày càng lớn. Từ điện năng tiêu thụ đến khí thải công nghiệp, ngành bán dẫn đang đối mặt với bài toán khó: làm sao vừa tăng trưởng vừa giảm phát thải.

SẢN XUẤT CHIP NHỚ TĂNG TỐC, PHÁT THẢI CŨNG LEO THANG

Nhu cầu bùng nổ của trí tuệ nhân tạo (AI) đang khiến ngành bán dẫn bước vào một chu kỳ tăng trưởng mạnh mẽ, đặc biệt ở mảng chip nhớ – yếu tố then chốt để xử lý và lưu trữ khối lượng dữ liệu khổng lồ. Tuy nhiên, sự tăng tốc này cũng kéo theo một hệ quả đáng lo ngại: lượng phát thải khí nhà kính từ sản xuất chip đang gia tăng nhanh chóng.

Theo dự báo của tổ chức nghiên cứu TechInsights (Canada), tổng lượng phát thải của ngành bán dẫn có thể tăng khoảng một phần ba, lên tới 247 triệu tấn CO₂ tương đương vào năm 2030. Con số này không chỉ vượt mức phát thải hàng năm của nhiều quốc gia, mà còn tương đương với tổng lượng khí thải của Algeria vào năm 2024.

Nguyên nhân chính đến từ việc gia tăng sản lượng, mức độ phức tạp ngày càng cao của chip, và sự mở rộng sản xuất tại các quốc gia vẫn phụ thuộc nhiều vào năng lượng hóa thạch. Trong đó, điện năng tiêu thụ lớn và việc sử dụng khí fluorinated – loại khí được dùng trong quá trình khắc mạch trên wafer silicon – là hai nguồn phát thải chính.

Dù các dòng chip logic và chip gia công, bao gồm cả các bộ tăng tốc AI, vẫn chiếm tỷ trọng phát thải lớn nhất, nhưng tốc độ gia tăng phát thải nhanh hơn lại đến từ mảng DRAM – loại bộ nhớ ngắn hạn được sử dụng phổ biến trong trung tâm dữ liệu và máy tính.

Đáng chú ý, một phân khúc nhỏ nhưng tăng trưởng rất nhanh là bộ nhớ băng thông cao (HBM). Đây là loại DRAM tiên tiến, đóng vai trò quan trọng trong các hệ thống AI hiệu năng cao. Tuy nhiên, theo ước tính của Silicon Analysts, việc sản xuất HBM có thể tiêu tốn năng lượng gấp tới 5 lần trên mỗi gigabyte so với các loại bộ nhớ thông thường.

SỰ BÙNG NỔ CỦA AI ĐANG LÀM GIA TĂNG ĐÁNG KỂ LƯỢNG PHÁT THẢI TRONG NGÀNH BÁN DẪN

Ông Stephen Russell, chuyên gia kỹ thuật cấp cao tại TechInsights, nhận định rằng sự bùng nổ của AI đang làm gia tăng đáng kể lượng phát thải trong ngành bán dẫn. “Nhu cầu HBM và các loại bộ nhớ tiên tiến tăng mạnh sẽ khiến tổng phát thải tăng lên, ngay cả khi các nhà sản xuất đang cải thiện hiệu suất”, ông nói. Theo ông, việc tăng số lượng wafer và độ phức tạp của quy trình sản xuất khiến tổng lượng khí thải vẫn đi lên.

Trong khi đó, cuộc đua AI toàn cầu đang ngày càng nóng lên. Các tập đoàn công nghệ lớn như Alphabet Inc., Amazon.com Inc., Meta Platforms Inc. và Microsoft Corp. đang lên kế hoạch chi hàng trăm tỷ USD cho hạ tầng AI, đặc biệt là trung tâm dữ liệu.

Áp lực vì thế dồn lên các nhà sản xuất chip nhớ – một trong những “nút thắt cổ chai” lớn nhất trong quá trình huấn luyện mô hình AI, vốn đòi hỏi tốc độ truy xuất dữ liệu cực nhanh và dung lượng lưu trữ lớn.

Không chỉ ngành bán dẫn, toàn bộ hệ sinh thái AI cũng đang bị soi xét vì tác động môi trường. Các trung tâm dữ liệu tiêu tốn lượng điện khổng lồ, gây áp lực lên hệ thống năng lượng và nguồn nước tại nhiều khu vực. Thậm chí, một số công ty đã ghi nhận mức phát thải tăng trở lại do mở rộng AI và điện toán đám mây. Đáng chú ý, Microsoft cho biết tổng lượng phát thải của hãng đã tăng gần 25% so với năm 2020, phần lớn do mở rộng hạ tầng AI.

NỖ LỰC GIẢM PHÁT THẢI VÀ BÀI TOÁN CHI PHÍ

Trước áp lực môi trường ngày càng lớn, các nhà sản xuất chip nhớ hàng đầu đang triển khai nhiều biện pháp nhằm giảm thiểu tác động khí hậu. Tuy nhiên, đây là một bài toán không hề đơn giản, đặc biệt khi chi phí cho các giải pháp giảm phát thải rất cao.

Theo ông Pallav Purohit, chuyên gia tại Viện Phân tích Hệ thống Ứng dụng Quốc tế (IIASA), các hệ thống xử lý khí fluorinated – một trong những nguồn phát thải chính – có thể tiêu tốn từ hàng trăm nghìn đến hàng triệu USD cho mỗi dây chuyền sản xuất. Điều này khiến việc mở rộng quy mô sản xuất đi kèm với áp lực đầu tư lớn hơn cho các giải pháp môi trường.

Ba “ông lớn” trong lĩnh vực sản xuất HBM gồm Samsung Electronics Co., SK Hynix Inc. và Micron Technology Inc. – hiện đang chiếm phần lớn thị phần toàn cầu – đều đã công bố các kế hoạch giảm phát thải.

SK Hynix cho biết đang tích cực nghiên cứu và triển khai nhiều giải pháp, bao gồm lắp đặt các hệ thống xử lý khí thải hiệu suất cao. Theo dữ liệu mới nhất, cường độ phát thải Scope 1 và 2 tính trên mỗi gigabyte sản phẩm của hãng đã giảm khoảng một phần ba trong giai đoạn 2021–2024.

Samsung cũng khẳng định đang liên tục cải tiến để giảm phát thải ngay cả khi mở rộng sản xuất, bao gồm việc phát triển vật liệu thay thế và hệ thống xử lý khí trong quy trình sản xuất chip.

Trong khi đó, Micron báo cáo đã giảm lượng phát thải Scope 1 và 2 trong năm tài chính 2024, đồng thời đặt mục tiêu giảm 42% phát thải Scope 1 vào năm 2030 so với mức năm 2020. Công ty cho biết vẫn tự tin đạt được mục tiêu này dù đang mở rộng sản xuất trên quy mô toàn cầu.

Một giải pháp quan trọng khác là chuyển dịch sản xuất sang các khu vực sử dụng năng lượng sạch hơn. Tuy nhiên, trong ngắn hạn, điều này khó thực hiện triệt để. Thực tế cho thấy phần lớn công suất mới vẫn đang được xây dựng tại các quốc gia phụ thuộc nhiều vào nhiên liệu hóa thạch, như Trung Quốc và Hàn Quốc.

Tại Trung Quốc, sản xuất chip tiên tiến đang trở thành ưu tiên chiến lược nhằm giảm phụ thuộc vào công nghệ Mỹ và các đồng minh. Điều này thúc đẩy hàng loạt doanh nghiệp trong nước, từ Huawei Technologies Co. đến Semiconductor Manufacturing International Corp. và Changxin Memory Technologies Inc., mở rộng đầu tư vào chip AI và chip nhớ tiên tiến.

Dù vậy, các chuyên gia cho rằng nỗ lực giảm phát thải của ngành đang có tiến triển tích cực. “Các biện pháp giảm thiểu đang được cải thiện nhanh chóng trong thực tế”, ông Russell nhận định. Tuy nhiên, ông cũng cảnh báo rằng tổng lượng phát thải vẫn có thể tiếp tục tăng nếu tốc độ tăng trưởng sản lượng vượt xa tốc độ cải thiện hiệu suất môi trường.