一点也不像他
德州仪器公司正在德州建造一座占地100万平方英尺的新型微芯片制造厂，这多亏了德州仪器公司的一点帮助落基山研究所. 克里斯蒂娜·佩奇
保罗·威斯布鲁克很乐意带你去看看他的房子。这是一种被动式太阳能，获奖建筑，位于德克萨斯州的Fairview，使用该地区传统家庭三分之一的电力和不到四分之一的水。它有超级窗户，一个好氧的化粪池处理系统，积极的太阳能热水，一个地热热泵加热系统，和一对1600加仑的雨水储罐。它的设计细节，有利的经济，和仔细衡量的性能都张贴线上。
实现资源效率和信息共享是韦斯特布鲁克的两大天赋。当他没有在家里向人们展示节能设计、系统和设备时，他正在努力把这些创新成果带给他的公司——德克萨斯仪器公司，他是那里的可持续设计经理。
当韦斯特布鲁克对从消耗能源的阴极射线管电脑屏幕转向平板显示器的成本效益表示怀疑时，他写了一份详尽的电子表格，显示了公司从能源和其他节约中获得的好处。但他心中有更崇高的目标。2001年，当洛基山研究所（Rocky Mountain Institute）首席执行官阿莫里•洛文斯（Amory Lovins）在达拉斯举办可持续发展活动时，韦斯特布鲁克（Westbrook）抓住他，在德州仪器公司（TI）举办了一个关于高效“晶圆厂”（fabs）的研讨会。2003年春天，阿莫里回到了德州理工学院，那里的人多得多，兴趣也越来越浓厚。为了提高人们对可持续发展和整个系统设计机会的认识，韦斯特布鲁克请来了三位TI副总裁到家中，向他们展示了他的水电费账单（就像RMI在其高效总部所做的那样）。这引起了他们的注意，并让他们谈论了对公司的影响。”韦斯特布鲁克指出：“这有助于证明，采用良好的设计，可以让一个效率更高、资本投入最少的系统。”。竞彩足球app怎么下载
一年半后,2004年11月18日在理查森,德克萨斯州,TI在先进的破土动工,高效、万平方英尺芯片工厂(包括220000平方英尺的洁净室),设计部分与思想产生在为期三天的charrette1落基山研究所。
RMI以前为芯片制造商工作过，主要是为另一家世界领先企业做咨询，意法半导体。在1998年至2000年期间，RMI的专家调查了8家ST晶圆厂，发现巨大的潜在节省与快速回报。不出所料，意法半导体(就像IBM和杜邦一样)每年将单位生产能耗降低6%，2-3年就能收回成本。但在德州仪器公司，RMI有一个宝贵的机会，可以从零开始帮助设计一个新的芯片厂——这肯定比改造旧的芯片厂节省更多，成本更低。通常情况下，在盛衰交替的芯片行业，重新设计下一个芯片厂不是时机尚未成熟就是为时已晚;从来没有合适的时间去做这件事。但是威斯布鲁克很好地把握了时机，和RMI合作，及时改变了他的公司、设备供应商和咨询工程师的设计思路。
当德州仪器公司的官员们开始讨论他们的新设备时，可持续性并不是他们最关心的问题。晶圆厂是复杂的，极度资本密集型（通常是几十亿美元）和高度能源密集型。在气候竞彩足球app怎么下载控制的“洁净室”内，由外来的高科技“工具”在硅片上蚀刻、溅射和烘烤出许多层比流感病毒还小的亚显微芯片。芯片制造对破坏和污染极其敏感。可靠性至关重要——停产每天的成本可能超过100万美元。工人必须在特殊的工作服内保持舒适，以防止灰尘和皮棉进入超干净的空气中（最小的斑点可能会毁掉一块芯片，芯片的特征是不到十万分之一英寸宽）。工具对精确控制温度和湿度的需求可能更为关键。
为了在成本上竞争，德州仪器公司正在认真考虑在海外建设新工厂。当然，fab的高成本不仅是因为它的专用工具，还因为它的精密设备的规模和复杂性，这些设备可以提供大量的冷冻水、清洁空气、清洗废气、真空和其他“公用设施”。Using those services more frugally can make the fab cost less, work better, build faster, and win in the marketplace. -- -- In 2003, Chris Lotspeich, who'd led much of RMI's ST work, nicely summarized the challenges of chip fabs: --
现在来硬的部分：TI的工程师和设计师们被告知30％，比以前的项目削减建筑和公用设施成本。“成本的挑战可能是一个表明，塞，”威斯布鲁克说，“但原来是一个好处。我们实际上不得不回到上许多项目的绘图板。它给了我们一个机会来分析旧观念和挑战。一些传统智慧RMI CEO埃默里·洛文斯说，这是很好的古老的维多利亚工程'” - 艺术捶胸顿足从单一的支出多重效益。
通过驱动革命性的变化，并抛弃增量进化设计，30％的-降低资本成本的目标给予了威斯布鲁克和他的资金没有着落“Fabscape”可持续性设计团队的开放测试最创新的理念。竞彩足球app怎么下载从2002年开始，球队每两个星期举行会议，产生的国家的最先进理念的混乱。
他们的白皮书越来越多堆很快取得了令人信服的理由续流，但纪律严明的设计过程中蒸馏出来的东西可用。因此，在2003年12月，一队RMI顾问来帮助TI冒泡和归结数百漂亮的观念为十二“大Honkin'点子” - 概念，可以从根本上改变TI如何设计和建造晶圆厂和TI如何与合作它的工业合作伙伴。
晶圆代工厂到处是arcanely专业供应商制造的精美复杂的工具。指定工具时的能源效率是很少考虑。由于工艺和可靠性要求规则，客户很少会要求效率和模具制造商，谁也不会支付水电费，根本不是用来提供它。这并不是说他们不能;相反，他们从来没有被问。
然而所有通过消耗的功率所有工厂的工具和设备引导charrette参与者去追踪每个工具消耗的每一瓦能量是如何变成必须去除的热量的，使得冷却设备变得更大更耗电——按照目前的价值，总成本约为每瓦7美元!因此，最大的胜利不是简单地使冷却设备更有效率，而是通过购买能释放更少热量的高效工具使其更小更简单。设备将根据测量而不是猜测来确定大小:正如RMI的设计者所说(借用通用)，“我们相信上帝;其他所有人都带来了数据。”
储蓄很快开始繁殖繁殖。真空泵的效率几乎翻了一番，在等待晶圆时降低到怠速，节省了300吨制冷机容量和工厂总电量的7%。真空泵供应商最初对提高效率的要求感到吃惊，很快就明白了商业逻辑。优化温度和压降可节省五分之一的内冷工具冷却水流量。更智能的排气系统每分钟可节省100000立方英尺（cfm）的排气量及其替代品（空调新鲜空气）——每一项的现值为62美元。带热交换器的内部冷却工具，其设计可降低压力和温度，并以每分钟3000加仑的速度减少中央工艺冷却水系统的体积，从而节省了资金和运行成本。
作为后车间设计的进展，它变得越来越明显，聪明的工具和他们的更小，更高效的支持系统级联会节约能源和水资源。结果包括一个分裂制冷设备，其冷却水以用于不同目的的两个不同的温度（进一步的创新甚至可能消除在下一晶圆厂两个部分中的一个）;高效风机过滤单元用于空气再循环;预冷与传出冷空气进入的热空气;大管道和小水泵，以切断摩擦和资金成本;自然采光和在办公区域高效照明装置;太阳能热水;反射屋顶;和广泛的水回收和再利用（回收将节省近百万加仑每天自来水的）。回收热量之前丢弃，并用高压水喷射，而不是蒸汽加湿，减少6个锅炉到仅一个加一个备份 - 这两者将被关闭在一年的大部分 - 60％切割氮氧化物的排放。
虽然工厂将不得不启动和运行之前，任何人都可以肯定知道，威斯布鲁克预测，与TI前晶圆厂相比，新工厂将削减能源使用量的20％和用水量的35％。储蓄来关于每个从更好的工具和他们的直接支持设备的一半，并从更小，更节俭公用事业和建筑系统。
“全系统工具设计”并不是研讨会中出现的唯一突破性想法。例如，德州仪器公司决定为洁净室的工人测试较轻的工作服。粒子测试显示，消除面罩不会损害产品质量，而且可以让工人在不那么冷的情况下更舒适。
研讨会探讨的一些设计特色是非工业建筑绿色设计的标准组成部分，并提供了巨大的经济效益。例如，每个无水小便池每年可以节省4万加仑的水，再加上没有安装冲洗阀和水管的资本成本——这对干旱气候下耗水量大的行业很有帮助。马术等能源建模软件可以让设计师立即测试他们的想法将如何改变性能:例如，将行政大楼旋转30度，每年可以节省约3万美元的太空制冷费用。
参与者的不同热情很快就集中在赢得高LEED（能源和环境设计领导力）评分上——这是一种在RMI帮助下发展起来的系统化方法，可以为优秀设计的要素打分。正如韦斯特布鲁克所指出的，“人的竞争性是一种强大的力量，可以永远加以利用。我们喜欢节能减排——我们喜欢这样做得一分。”
该LEED的焦点似乎是TI运作良好。该公司将投资于LEED相关的项目$ 2-3万 - 这将被纳入反正大多提高效率。这些投资将返回估计$ 75万经营成本只在第一年，并在全扩建，应该保存万元每年超过$ 3
这将是令人兴奋地看到来自德克萨斯州这三天会发生什么。到目前为止，RMI与ST微电子改造力度，写Lotspeich，已经“确定的30％的潜在暖通空调节能50％，再加上其他提高效率的机会。总的来说，这些改造过的不到两年的投资回收期。”但是，设计一个新的晶圆厂提供了做正确的第一次更大的范围：低摩擦管道和管道，控制，在速度运行电动机瞬时要求，甚至是免费的通过利用凉爽或干燥的室外空气冷却。在ST的晶圆厂米兰附近这样一个系统“的成本80％小于传统的冷却操作，每年节省$ 500,000与一至三年的投资回收期，取决于天气。”
最终，这样的底线收益促使TI采纳了Fabscape团队的十几个重要想法中的大部分(尽管有些还有待进一步的测试和分析)。所有的能源和水资源节约使净资本成本大约为零——最多增加1%，但很可能是减少了。按照要求，每平方英尺的总资本成本比正常水平低30%，打破了行业规范，并将新工厂留在了美国。
2005年3月15日，由领先的芯片制造商应用材料公司赞助，埃默里·洛文斯将介绍TI的突破性的中国半导体设备博览会在上海举行。他的目标：促进在中国仍然是，它有智能的工程师和丰富的污染，缺乏电力和水，和冲动超越西方进一步的设计改进。这种竞争是世界好，和更多的机会仍有待开发。可在未来晶圆厂更好的设计，节省了50％的能源？百分之七十？百分之八十？让我们来看看。作为这样的自由基的储蓄从工具和系统设计的下一代出现，他们可以更好的工作，甚至更低的成本。有了专门的创新像保罗 - 威斯布鲁克和他的团队显着，我们去比赛 - 帮助世界上增长最快，最先进的产业之一，以减少一切形式的浪费为零。
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克里斯蒂娜·佩奇是一名研究人员/顾问落基山研究所。
本文已RMI重印礼貌。这是第一次在的2005年春季版印刷RMI的解决方案新闻稿。
保罗·威斯布鲁克很乐意带你去看看他的房子。这是一种被动式太阳能，获奖建筑，位于德克萨斯州的Fairview，使用该地区传统家庭三分之一的电力和不到四分之一的水。它有超级窗户，一个好氧的化粪池处理系统，积极的太阳能热水，一个地热热泵加热系统，和一对1600加仑的雨水储罐。它的设计细节，有利的经济，和仔细衡量的性能都张贴线上。
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- 晶圆厂有广泛的加热，通风和空调（HVAC）系统的高性能过滤器，以维持洁净室温度和湿度精确地同时过滤空气中的颗粒。风机，泵，熔炉，和冷却器提供调节的空气和冷却水的入经由管道和管道的洁净室。根据不同的尺寸，晶圆厂在任何地方使用3至多达30 power.2 HVAC系统兆瓦消耗30％-50晶圆厂％的电力;工具使用另外的40％左右。能源占[只有少数] ...芯片的成本的百分数，电力可以是最大的单一[非劳动]操作的芯片制造商，每年在一个工厂的费用，共计数百万美元。此外，节能措施可以改善关键的运行参数（产量，建立时间，灵活性），并在新工厂可以节省资金和施工时间 - 竞争力的关键因素。
- 尽管有巨大的创新，但由于严格的工艺要求、安全风险、高昂的停机成本以及快速发展的市场中的残酷竞争，半导体制造业培育了一种规避风险的企业文化。要实现产量和上市时间目标，就需要对数千个变量进行非凡的控制。当某物起作用时，它会被完全复制。公司在建造新工厂时也“完全照搬”以前的工厂。这节省了一些时间和初始成本，但却阻碍了洁净室以外的改进，包括能效特性，从而提高了运营成本。具有讽刺意味的是，尖端技术是在几十年前设计的建筑中产生的，因此这些建筑现在提供了巨大的节能和省钱潜力。
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然而所有通过消耗的功率所有工厂的工具和设备引导charrette参与者去追踪每个工具消耗的每一瓦能量是如何变成必须去除的热量的，使得冷却设备变得更大更耗电——按照目前的价值，总成本约为每瓦7美元!因此，最大的胜利不是简单地使冷却设备更有效率，而是通过购买能释放更少热量的高效工具使其更小更简单。设备将根据测量而不是猜测来确定大小:正如RMI的设计者所说(借用通用)，“我们相信上帝;其他所有人都带来了数据。”
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