模型化半导体制造中的PFAS，以量化计算系统能源效率与环境影响之间的权衡
硬件体系结构
2025-05-13 v1
摘要
电子和半导体行业是PFAS（也称为永久化学物质）的主要消费者。PFAS在环境中持久存在且可能生物累积至生态和人类有毒水平。计算机设计者有机会减少PFAS在半导体和电子制造中的使用，包括集成电路(IC)、电池、显示器等，这些产品在欧洲alone占据总体PFAS氟聚合物使用量的惊人10%。本文提出了框架，其中(1)在设计阶段以金属层堆叠和IC制造中图案化复杂性为细粒度考虑，量化PFAS在计算系统制造中的环境影响，(2)识别embodied carbon（由于硬件制造产生的碳足迹）与PFAS之间的竞争性趋势。例如，使用EUV光刻制造7nm工艺节点的IC，其PFAS含量层数减少18%，而与使用DUV浸没光刻的相同7nm节点IC相比，尽管embodied carbon趋势不同，(3)进行案例研究，以说明如何在满足功率-性能-面积约束的同时优化并权衡以减少PFAS的设计。我们显示，优化设计以减少后端制程(BEOL)金属堆叠层数，可在 systolic arrays 中节省1.7倍的PFAS含层。
引用
@article{arxiv.2505.06727,
title = {Modeling PFAS in Semiconductor Manufacturing to Quantify Trade-offs in Energy Efficiency and Environmental Impact of Computing Systems},
author = {Mariam Elgamal and Abdulrahman Mahmoud and Gu-Yeon Wei and David Brooks and Gage Hills},
journal= {arXiv preprint arXiv:2505.06727},
year = {2025}
}