不是一个模子印出来的块
德州仪器（TI）构建在得克萨斯州一个创新的新亿平方英尺的芯片制造工厂，由于从一点点帮助落基山研究所。克里斯蒂娜页面
保罗·威斯布鲁克很乐意向你展示他的房子。这是锦绣，得克萨斯州使用电力的三分之一，小于第四在该地区传统住宅的水的被动式太阳能，屡获殊荣的结构。它有superwindows，需氧败血性处理系统，主动式太阳能水加热，地热热泵供暖系统，和一对1600加仑的雨水箱。它的设计细节，良好的经济性，并仔细测量性能都贴在线。
实现资源效率和共享信息是威斯布鲁克的两大才能。当他不在家里向人们展示节能设计、系统和设备时，他就努力把这些创新成果带到他的公司——德州仪器公司，他在那里担任可持续设计经理。
当威斯布鲁克遇到人们对从耗电的阴极射线管电脑屏幕转换到纯平显示器的成本效益的质疑时，他写了一份详细的电子表格，展示了全公司从能源和其他节约中获得的好处。但他有更高的目标。2001年，落基山研究所(Rocky Mountain Institute)首席执行官艾莫里•洛文斯(Amory Lovins)在达拉斯可持续发展大会上发表演讲时，威斯布鲁克邀请他在德州国际工业学会(TI)举办了一场研讨会，主题是高效晶片制造厂。2003年春天，艾默里回到TI;人群越来越多，人们的兴趣也越来越大。为了提高人们对可持续发展和整个系统设计的认识，威斯布鲁克带了三名德州仪器公司的副总裁到他家，向必威体育2018他们展示了他的公用事业账单(就像RMI在其超级高效的总部所做的那样)。这引起了他们的注意，并让他们开始谈论对公司的影响。威斯布鲁克指出:“这有助于证明，应用良好的设计可以使系统以最小的资本投资更高效。”
一年半后，2004年11月在得克萨斯州理查森18，TI上破土动工一个国家的最先进的，高效率，百万平方英尺的芯片代工厂（包括220000平方英尺无尘室）设计部分有三天charrette1与落基山研究所过程中产生的想法。
RMI已经工作了芯片制造商前 - 主要是咨询为另一个世界的领导者，意法半导体。1998 - 2000年期间，RMI公司的专家调查了8个ST晶圆厂，发现大量的潜在节约快速的回报。果然，意法半导体（像IBM和杜邦公司）每年都在削减单位产品的能源使用6％，在2 - 3年内偿还。但在TI，RMI有珍贵的机会，以帮助从头设计一个新的芯片工厂 - 必然要保存比改造旧的越来越更低的成本。通常情况下，在繁荣和萧条的芯片业务，重新设计的下一个工厂或者是过早或过晚;从未有一个很好的时间去做。但威斯布鲁克敏锐地计算好他的干预，只是在时间上改变设计思路从事RMI，无论是在他的公司，并在其设备供应商和咨询工程师。
当德州仪器的官员第一次开始讨论他们的新设备时，可持续性并不是他们首要考虑的事情。必威体育2018晶圆厂非常复杂，资本高度密集(通常是几十亿美元)，能源高度密集。在气候控制的“洁净室”内，用外来高科技“工具”蚀刻、溅射和烘烤在硅晶片上的亚微观芯片层数比流感病毒还小。芯片制造对中断和污染极其敏感。可靠性是至关重要的——停产每天的成本可能超过100万美元。工人们必须穿着舒适的特制工作服，以防止灰尘和棉绒进入超清洁的空气(最小的斑点都可能毁掉一个直径小于10万分之一英寸的芯片)。这些工具对精确控制温度和湿度的需求可能更为关键。
要在成本竞争，德州仪器正在认真考虑海外建立的新工厂。但当然晶圆厂的成本高是因为不只是它的专门的工具也提供丰富的冷冻水，清新的空气，洗涤排气，真空，以及其他精心装备的规模和复杂性“的工具。”使用这些服务更加省吃俭用可以使工厂成本低，工作得更好，更快地建设，并在市场中取胜。- - 2003年，克里斯Lotspeich，谁就会导致很多的RMI的ST工作，精辟的总结芯片晶圆厂的挑战： -
现在到了最困难的部分:德州仪器的工程师和设计师被告知要在之前的项目基础上削减30%的建筑和公用事业成本。“成本的挑战本可以成为一个绊脚石，”威斯布鲁克说，“但结果却是一个好处。在很多事情上，我们不得不从头再来。它给了我们一个机会来分析旧的假设和挑战一些传统的智慧。RMI首席执行官Amory Lovins称其为“维多利亚时代的老工程”——一种从单一支出中获得多重利益的艺术。
通过推动革命性的变革，抛弃渐进式的进化式设计，降低30%的资本成本的目标，让威斯布鲁克和他没有资金支持的“Fabscape”可持续性设计团队开始测试最具创新性的想法。必威体育2018从2002年开始，团队每两周开会一次，产生了一系列最先进的概念。
他们堆积如山的白皮书很快就提出了一个令人信服的理由，即通过自由的但有纪律的设计过程提取出一些有用的东西。因此，在2003年12月，一组RMI顾问来到这里，帮助德州仪器将数百个漂亮的想法泡制成12个“大点子”——这些概念将从根本上改变德州仪器设计和建造工厂的方式，以及德州仪器与工业伙伴的合作方式。
晶圆厂充满了由神秘的专业供应商制造的精致复杂的工具。在指定工具时，能源效率很少被考虑。因为流程和可靠性要求规则，客户很少要求效率，而工具制造商不愿支付公用事业费用，根本不习惯提供效率。并不是说他们不能;相反，从来没有人问过他们。
然而累积效应所有所消耗的能量所有晶圆厂的工具和设备为首的专家研讨会参与者跟踪能源的每瓦每个工具最终成为热必须除去消费方式，使冷却设备更大，耗电 - 在总现值成本约700 $每瓦！所以，最大的胜利，就不能简单地使冷却设备更有效，但使其通过购买有效的工具，将给予更少的热量在第一时间更小更简单。设备将通过测量来确定大小，确定不是凭空猜测：作为RMI设计者说（通用汽车借款），“我们相信上帝;所有其他人带来的数据。”
储蓄很快开始大量增加。几乎双倍效率的真空泵，在等待晶圆片时被削减到空闲速度，节省了300吨的制冷机容量和工厂总电力的7%。真空泵供应商最初被要求提高效率的要求吓了一跳，但很快就看到了业务逻辑。优化温度和压力降低节省了五分之一的内部冷却工具的冷却水流量。更智能的排气系统每分钟节省了10万立方英尺(cfm)的排气和替换物(经过空调的新鲜空气)——每台现在价值62美元。带有热交换器的内部冷却工具，其设计降低了压力和温度的损失，从而使中央过程冷却水系统的体积缩小到每分钟3000加仑，节省了资金和运行成本。
随着工作坊后设计的进展，越来越明显的是，更智能的工具和它们更小、更有效的支持系统将带来能源和水的节约。结果包括一个分体式冷水机组，它可以为不同的目的将水冷却到两种不同的温度(进一步的创新甚至可能取消下一个工厂的两个部分中的一个);用于空气再循环的高效风扇过滤器装置;预先冷却进入的热空气和流出的冷空气;用大管道和小泵来减少摩擦和资本成本;办公区域设有自然采光及高效率照明装置;太阳能热水;一个反射屋顶;广泛的水循环再利用(回收利用每天可以节省将近一百万加仑的城市用水)。回收以前扔掉的热量，使用高压水雾而不是蒸汽进行增湿，将6台锅炉减少为1台，再加上一个备用设备——这两个设备在一年的大部分时间里都将关闭——减少了60%的氮氧化物排放。
虽然在任何人都无法确定之前，工厂必须建立和运行，但威斯布鲁克预测，与TI之前的晶圆厂相比，新工厂将减少20%的能源消耗和35%的用水。节省的费用中，有一半来自更好的工具及其直接支持设备，还有更小、更节省的公用事业和建筑系统。
“全系统工具设计”是不是唯一的突破性想法，从车间出现了。例如，TI决定测试洁净室的工人重量更轻的工作服。粒子测试结果表明，消除口罩不应损害产品的质量，并可以使工人更舒服令人心寒。
一些设计特点探讨在研讨会上都采用环保设计的非工业建筑的标准组件，并提供了巨大的经济利益。每个无水小便池，例如，将一个4万加仑的水，再加上未安装冲洗阀和水管的资本成本节约 - 有助于水密集型产业在干旱气候。能源建模软件如eQUEST3让设计者立即测试他们的想法是怎样变化的性能，例如：旋转行政楼30°可节省约$ 30,000每年在太空中冷却。
参与者的不同热情很快集中在赢得高LEED(能源与环境设计领导)评级上——在RMI的帮助下，这是一种为优秀设计元素得分的系统方式。正如威斯布鲁克所指出的，“人们的竞争天性是一种强大的力量，可以被利用为好的。我们喜欢节能减排，我们喜欢这样做得一分。”
LEED的关注似乎对透明国际很有效。该公司将在与leed相关的项目上投资200 - 300万美元，主要是本来就会被纳入其中的能效提升。这一投资仅在第一年就将带来75万美元的运营成本回报，如果全面扩建，每年将节省300多万美元。
看看在德州的这三天会有什么结果，这将是令人兴奋的。到目前为止，RMI与ST微电子公司的改造工作已经“发现了30%-50%的HVAC节能潜力，以及其他的节能机会。”总的来说，这些改造的回收期不到两年。”但是，设计一个新的晶圆厂可以提供更大的机会在第一次就把它做好:低摩擦的管道和管道，控制马达在需要的瞬时速度，甚至利用冷却或干燥的外部空气进行免费冷却。位于米兰附近的ST工厂的这种系统“比传统的冷却系统节省80%的运行成本，每年节省50万美元，根据天气情况，回报期为1到3年。”
最终，这样的底线利益导致TI采用大多数Fabscape队的十几个大Honkin'思想（尽管有些等待进一步的测试和分析）。所有的能源和水节约了大约为零改变了净资本成本 - 最多1％的额外的，但很可能下降。每平方英尺的总投资成本，根据要求，排在30％以下正常，吹走行业规范和保持新工厂在美国。
2005年3月15日，由领先的芯片制造商应用材料公司赞助的艾莫里·洛文斯将在上海举行的中国半导体博览会上介绍TI公司的重大突破。他的目标是:推动中国进一步改进设计。中国拥有聪明的工程师，污染严重，电力和水资源稀缺，并迫切希望超越西方。这样的竞争对世界有利，还有更多的机会有待开发。下一个工厂能设计得更好，节省50%的能源吗?百分之七十?百分之八十?让我们找出答案。由于这种激进的节约来自于下一代的工具和系统设计，它们可能会工作得更好，成本甚至更低。在保罗·韦斯特布鲁克(Paul Westbrook)等敬业的创新者和他出色的团队的帮助下，我们开始竞赛——帮助世界上增长最快、最先进的行业之一将各种形式的浪费减少到零。
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克里斯蒂娜是第一位研究员/顾问落基山研究所。
这篇文章由RMI转载。它首次印在2005年的春季版RMI解决方案时事通讯。
保罗·威斯布鲁克很乐意向你展示他的房子。这是锦绣，得克萨斯州使用电力的三分之一，小于第四在该地区传统住宅的水的被动式太阳能，屡获殊荣的结构。它有superwindows，需氧败血性处理系统，主动式太阳能水加热，地热热泵供暖系统，和一对1600加仑的雨水箱。它的设计细节，良好的经济性，并仔细测量性能都贴在线。
实现资源效率和共享信息是威斯布鲁克的两大才能。当他不在家里向人们展示节能设计、系统和设备时，他就努力把这些创新成果带到他的公司——德州仪器公司，他在那里担任可持续设计经理。
当威斯布鲁克遇到人们对从耗电的阴极射线管电脑屏幕转换到纯平显示器的成本效益的质疑时，他写了一份详细的电子表格，展示了全公司从能源和其他节约中获得的好处。但他有更高的目标。2001年，落基山研究所(Rocky Mountain Institute)首席执行官艾莫里•洛文斯(Amory Lovins)在达拉斯可持续发展大会上发表演讲时，威斯布鲁克邀请他在德州国际工业学会(TI)举办了一场研讨会，主题是高效晶片制造厂。2003年春天，艾默里回到TI;人群越来越多，人们的兴趣也越来越大。为了提高人们对可持续发展和整个系统设计的认识，威斯布鲁克带了三名德州仪器公司的副总裁到他家，向必威体育2018他们展示了他的公用事业账单(就像RMI在其超级高效的总部所做的那样)。这引起了他们的注意，并让他们开始谈论对公司的影响。威斯布鲁克指出:“这有助于证明，应用良好的设计可以使系统以最小的资本投资更高效。”
一年半后，2004年11月在得克萨斯州理查森18，TI上破土动工一个国家的最先进的，高效率，百万平方英尺的芯片代工厂（包括220000平方英尺无尘室）设计部分有三天charrette1与落基山研究所过程中产生的想法。
RMI已经工作了芯片制造商前 - 主要是咨询为另一个世界的领导者，意法半导体。1998 - 2000年期间，RMI公司的专家调查了8个ST晶圆厂，发现大量的潜在节约快速的回报。果然，意法半导体（像IBM和杜邦公司）每年都在削减单位产品的能源使用6％，在2 - 3年内偿还。但在TI，RMI有珍贵的机会，以帮助从头设计一个新的芯片工厂 - 必然要保存比改造旧的越来越更低的成本。通常情况下，在繁荣和萧条的芯片业务，重新设计的下一个工厂或者是过早或过晚;从未有一个很好的时间去做。但威斯布鲁克敏锐地计算好他的干预，只是在时间上改变设计思路从事RMI，无论是在他的公司，并在其设备供应商和咨询工程师。
当德州仪器的官员第一次开始讨论他们的新设备时，可持续性并不是他们首要考虑的事情。必威体育2018晶圆厂非常复杂，资本高度密集(通常是几十亿美元)，能源高度密集。在气候控制的“洁净室”内，用外来高科技“工具”蚀刻、溅射和烘烤在硅晶片上的亚微观芯片层数比流感病毒还小。芯片制造对中断和污染极其敏感。可靠性是至关重要的——停产每天的成本可能超过100万美元。工人们必须穿着舒适的特制工作服，以防止灰尘和棉绒进入超清洁的空气(最小的斑点都可能毁掉一个直径小于10万分之一英寸的芯片)。这些工具对精确控制温度和湿度的需求可能更为关键。
要在成本竞争，德州仪器正在认真考虑海外建立的新工厂。但当然晶圆厂的成本高是因为不只是它的专门的工具也提供丰富的冷冻水，清新的空气，洗涤排气，真空，以及其他精心装备的规模和复杂性“的工具。”使用这些服务更加省吃俭用可以使工厂成本低，工作得更好，更快地建设，并在市场中取胜。- - 2003年，克里斯Lotspeich，谁就会导致很多的RMI的ST工作，精辟的总结芯片晶圆厂的挑战： -
- 晶圆厂拥有广泛的加热、通风和空调(HVAC)系统，该系统带有高性能过滤器，在过滤空气颗粒的同时，可以精确地保持洁净室的温度和湿度。风机、水泵、锅炉和冷却器通过管道将空调空气和冷却水输送到洁净室。根据晶圆厂的大小，晶圆厂的用电量从3兆瓦到30兆瓦不等。HVAC系统消耗工厂30%-50%的电力;工具使用另外的40%左右。能源只占芯片成本的一小部分，但对于芯片制造商来说，电力是最大的非人工运营成本，单个晶圆厂每年的运营成本就高达数百万美元。此外，节能措施可以改善关键的运行参数(产量、安装时间、灵活性)，在新工厂可以节省资本和建设时间——竞争力的关键因素。
- 尽管进行了巨大的创新，但由于严格的工艺要求、安全风险、停机成本高以及快速变化的市场中的残酷竞争，半导体制造业形成了一种规避风险的企业文化。要实现生产和上市时间目标，需要对数千个变量进行非凡的控制。当某样东西工作时，它会被精确地复制。公司在建造新晶圆厂时也会“完全复制”以前的晶圆厂。这节省了一些时间和初始成本，但阻碍了在洁净室之外的改进，包括能源效率特性——因此提高了运行成本。具有讽刺意味的是，尖端技术是在几十年前设计的建筑中制造出来的，因此这些建筑现在具有巨大的节能和省钱潜力。
现在到了最困难的部分:德州仪器的工程师和设计师被告知要在之前的项目基础上削减30%的建筑和公用事业成本。“成本的挑战本可以成为一个绊脚石，”威斯布鲁克说，“但结果却是一个好处。在很多事情上，我们不得不从头再来。它给了我们一个机会来分析旧的假设和挑战一些传统的智慧。RMI首席执行官Amory Lovins称其为“维多利亚时代的老工程”——一种从单一支出中获得多重利益的艺术。
通过推动革命性的变革，抛弃渐进式的进化式设计，降低30%的资本成本的目标，让威斯布鲁克和他没有资金支持的“Fabscape”可持续性设计团队开始测试最具创新性的想法。必威体育2018从2002年开始，团队每两周开会一次，产生了一系列最先进的概念。
他们堆积如山的白皮书很快就提出了一个令人信服的理由，即通过自由的但有纪律的设计过程提取出一些有用的东西。因此，在2003年12月，一组RMI顾问来到这里，帮助德州仪器将数百个漂亮的想法泡制成12个“大点子”——这些概念将从根本上改变德州仪器设计和建造工厂的方式，以及德州仪器与工业伙伴的合作方式。
晶圆厂充满了由神秘的专业供应商制造的精致复杂的工具。在指定工具时，能源效率很少被考虑。因为流程和可靠性要求规则，客户很少要求效率，而工具制造商不愿支付公用事业费用，根本不习惯提供效率。并不是说他们不能;相反，从来没有人问过他们。
然而累积效应所有所消耗的能量所有晶圆厂的工具和设备为首的专家研讨会参与者跟踪能源的每瓦每个工具最终成为热必须除去消费方式，使冷却设备更大，耗电 - 在总现值成本约700 $每瓦！所以，最大的胜利，就不能简单地使冷却设备更有效，但使其通过购买有效的工具，将给予更少的热量在第一时间更小更简单。设备将通过测量来确定大小，确定不是凭空猜测：作为RMI设计者说（通用汽车借款），“我们相信上帝;所有其他人带来的数据。”
储蓄很快开始大量增加。几乎双倍效率的真空泵，在等待晶圆片时被削减到空闲速度，节省了300吨的制冷机容量和工厂总电力的7%。真空泵供应商最初被要求提高效率的要求吓了一跳，但很快就看到了业务逻辑。优化温度和压力降低节省了五分之一的内部冷却工具的冷却水流量。更智能的排气系统每分钟节省了10万立方英尺(cfm)的排气和替换物(经过空调的新鲜空气)——每台现在价值62美元。带有热交换器的内部冷却工具，其设计降低了压力和温度的损失，从而使中央过程冷却水系统的体积缩小到每分钟3000加仑，节省了资金和运行成本。
随着工作坊后设计的进展，越来越明显的是，更智能的工具和它们更小、更有效的支持系统将带来能源和水的节约。结果包括一个分体式冷水机组，它可以为不同的目的将水冷却到两种不同的温度(进一步的创新甚至可能取消下一个工厂的两个部分中的一个);用于空气再循环的高效风扇过滤器装置;预先冷却进入的热空气和流出的冷空气;用大管道和小泵来减少摩擦和资本成本;办公区域设有自然采光及高效率照明装置;太阳能热水;一个反射屋顶;广泛的水循环再利用(回收利用每天可以节省将近一百万加仑的城市用水)。回收以前扔掉的热量，使用高压水雾而不是蒸汽进行增湿，将6台锅炉减少为1台，再加上一个备用设备——这两个设备在一年的大部分时间里都将关闭——减少了60%的氮氧化物排放。
虽然在任何人都无法确定之前，工厂必须建立和运行，但威斯布鲁克预测，与TI之前的晶圆厂相比，新工厂将减少20%的能源消耗和35%的用水。节省的费用中，有一半来自更好的工具及其直接支持设备，还有更小、更节省的公用事业和建筑系统。
“全系统工具设计”是不是唯一的突破性想法，从车间出现了。例如，TI决定测试洁净室的工人重量更轻的工作服。粒子测试结果表明，消除口罩不应损害产品的质量，并可以使工人更舒服令人心寒。
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LEED的关注似乎对透明国际很有效。该公司将在与leed相关的项目上投资200 - 300万美元，主要是本来就会被纳入其中的能效提升。这一投资仅在第一年就将带来75万美元的运营成本回报，如果全面扩建，每年将节省300多万美元。
看看在德州的这三天会有什么结果，这将是令人兴奋的。到目前为止，RMI与ST微电子公司的改造工作已经“发现了30%-50%的HVAC节能潜力，以及其他的节能机会。”总的来说，这些改造的回收期不到两年。”但是，设计一个新的晶圆厂可以提供更大的机会在第一次就把它做好:低摩擦的管道和管道，控制马达在需要的瞬时速度，甚至利用冷却或干燥的外部空气进行免费冷却。位于米兰附近的ST工厂的这种系统“比传统的冷却系统节省80%的运行成本，每年节省50万美元，根据天气情况，回报期为1到3年。”
最终，这样的底线利益导致TI采用大多数Fabscape队的十几个大Honkin'思想（尽管有些等待进一步的测试和分析）。所有的能源和水节约了大约为零改变了净资本成本 - 最多1％的额外的，但很可能下降。每平方英尺的总投资成本，根据要求，排在30％以下正常，吹走行业规范和保持新工厂在美国。
2005年3月15日，由领先的芯片制造商应用材料公司赞助的艾莫里·洛文斯将在上海举行的中国半导体博览会上介绍TI公司的重大突破。他的目标是:推动中国进一步改进设计。中国拥有聪明的工程师，污染严重，电力和水资源稀缺，并迫切希望超越西方。这样的竞争对世界有利，还有更多的机会有待开发。下一个工厂能设计得更好，节省50%的能源吗?百分之七十?百分之八十?让我们找出答案。由于这种激进的节约来自于下一代的工具和系统设计，它们可能会工作得更好，成本甚至更低。在保罗·韦斯特布鲁克(Paul Westbrook)等敬业的创新者和他出色的团队的帮助下，我们开始竞赛——帮助世界上增长最快、最先进的行业之一将各种形式的浪费减少到零。
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克里斯蒂娜是第一位研究员/顾问落基山研究所。
这篇文章由RMI转载。它首次印在2005年的春季版RMI解决方案时事通讯。
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