據(jù)彭博社報(bào)道，近日臺(tái)積電正在興建臺(tái)南新廠，預(yù)計(jì)耗資 200 億美元（約合 1308 億元人民幣），而相應(yīng)的資源消耗和碳排放量也令人擔(dān)憂。
芯片制造是一個(gè)巨大的資源密集型行業(yè)，也是碳排放的一個(gè)主要來(lái)源。臺(tái)積電在擴(kuò)大產(chǎn)能、進(jìn)軍 3nm 芯片的同時(shí)，近 10 年的用水量幾乎翻了 5 倍，年用電量占中國(guó)臺(tái)灣地區(qū)總用電量的 4.8%，超過(guò)整個(gè)臺(tái)北市的用電量。
▲4 月 7 日，臺(tái)積電臺(tái)南新廠開(kāi)工建設(shè)。
一、造芯片比造汽車污染更大
2020 年 10 月，哈佛大學(xué)的烏迪特?古普塔（Udit Gupta）領(lǐng)導(dǎo)他的團(tuán)隊(duì)發(fā)表了一篇名為《追逐碳：計(jì)算機(jī)難以捉摸的環(huán)境足跡（Chasing Carbon: The Elusive Environmental Footprint of Computing）》的論文，文中分析了臺(tái)積電、英特爾和蘋(píng)果等公司的可持續(xù)發(fā)展報(bào)告，表明隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)應(yīng)用越來(lái)越普遍，“它對(duì)環(huán)境的影響也越來(lái)越大。”
這項(xiàng)研究量化了計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的碳輸出，表明與移動(dòng)設(shè)備和數(shù)據(jù)中心設(shè)備相關(guān)的大部分碳排放都來(lái)自硬件制造和基礎(chǔ)設(shè)施。他們發(fā)現(xiàn)，到 2030 年，信息和計(jì)算技術(shù)預(yù)計(jì)將占用全球能源需求的 20%，而硬件所占的碳排放量比系統(tǒng)操作所占的要多。
研究人員得出結(jié)論：“與硬件使用和能源消耗相比，芯片制造是碳排放的主要來(lái)源。”
這是一個(gè)鮮為人知的事實(shí)，而對(duì)于推動(dòng)高端芯片制造的政府來(lái)說(shuō)，這將令他們不安。
美國(guó)總統(tǒng)計(jì)劃在美國(guó)建立尖端制造工廠，而這可能會(huì)與他的氣候友好議程發(fā)生沖突。歐盟建立芯片生產(chǎn)的計(jì)劃可能對(duì)此前承諾的“在 2050 年前成為首個(gè)氣候中立大陸”是一個(gè)考驗(yàn)。
▲2021 年 3 月，紐約的格芯半導(dǎo)體制造工廠內(nèi)。
半導(dǎo)體公司普遍承認(rèn)碳排放問(wèn)題的存在，也強(qiáng)調(diào)他們正在采取措施減少排放。
但這是一個(gè)悖論。半導(dǎo)體行業(yè)大力宣揚(yáng)技術(shù)進(jìn)步，使芯片在運(yùn)行效率大大提高的同時(shí)，在其生命周期內(nèi)大幅削減能源消耗。然而，隨著一塊芯片上集成的晶體管數(shù)量級(jí)越來(lái)越大，制造的過(guò)程也變得越來(lái)越復(fù)雜。
目前，一個(gè)硅片需要 3 到 4 個(gè)月的時(shí)間才能加工為成品。晶圓沿著成排的機(jī)器流水線前進(jìn)，這些機(jī)器會(huì)在硅片的微材料層上燒刻出電路圖案，再在后續(xù)的自動(dòng)化過(guò)程中清洗掉不需要的部分。其中，用大量的超純水沖洗也是很重要的一步。因此，每做出一批硅片都要消耗大量的電力和水，排出更多的溫室氣體。
最先進(jìn)的芯片制造商比一些傳統(tǒng)的重污染行業(yè)的碳排放量更大。例如，2019 年，根據(jù)被披露的信息，英特爾工廠的用水量是福特汽車工廠的三倍多，而產(chǎn)生的危險(xiǎn)性廢品是后者的兩倍多。
二、臺(tái)積電用水量十年翻五倍，年用電量超整個(gè)臺(tái)北
比利時(shí) Imec 納米技術(shù)中心的高級(jí)研究員瑪麗?加西亞?巴登（Marie Garcia Bardon）說(shuō)：“隨著芯片變得越來(lái)越復(fù)雜，能源消耗和水消耗的增加變成了總趨勢(shì)?！?/p>
由于資源有限，中國(guó)臺(tái)灣地區(qū)正處于產(chǎn)業(yè)和政府都兩難的境地。臺(tái)積電是中國(guó)臺(tái)灣地區(qū)經(jīng)濟(jì)的主要推動(dòng)力，也是克服全球芯片短缺的關(guān)鍵力量。與此同時(shí)，環(huán)境惡化的跡象引發(fā)了人們的擔(dān)憂：中國(guó)臺(tái)灣地區(qū)以及全球半導(dǎo)體供應(yīng)鏈?zhǔn)欠駮?huì)受到氣候變化的影響？
今年早些時(shí)候，中國(guó)臺(tái)灣地區(qū)的芯片廠召集了大批運(yùn)水車，以保持干旱期間的水供應(yīng)。在過(guò)去 10 年里，臺(tái)積電的用水量增加了近 5 倍，其中 2019 年的用水量相當(dāng)于 7.9 萬(wàn)個(gè)奧運(yùn)游泳池的容量。
用電量更是驚人，據(jù)綠色和平組織（Greenpeace）估計(jì)，臺(tái)積電的年用電量占中國(guó)臺(tái)灣地區(qū)總用電量的 4.8%，超過(guò)了整個(gè)臺(tái)北的用電量。綠色和平組織表示，一旦臺(tái)積電的最新晶圓廠開(kāi)始商業(yè)化生產(chǎn)，這一比例將上升至 7.2%。這些晶圓廠將進(jìn)一步縮小晶圓生產(chǎn)工藝，從目前的 5 納米縮小到 3 納米。
▲4 月 7 日中國(guó)臺(tái)灣地區(qū)干旱期間，新竹的寶山第二水庫(kù)。
“未來(lái)，電子行業(yè)面臨的最大挑戰(zhàn)就是它能否承受碳排放和電力消耗的壓力?！眹?guó)立臺(tái)灣大學(xué)（National Taiwan University）的周桂田及其團(tuán)隊(duì)在 2019 年 10 月發(fā)表的一篇論文中寫(xiě)道。
臺(tái)積電是蘋(píng)果公司主要的芯片供應(yīng)商，而蘋(píng)果公司承諾將在 2030 年實(shí)現(xiàn)碳中和，這一承諾推動(dòng)了整個(gè)供應(yīng)鏈的變化。臺(tái)積電承諾，2050 年將 100% 使用可再生能源，并在去年 7 月簽署了協(xié)議，買(mǎi)下一個(gè) 920MW 海上風(fēng)電場(chǎng)的產(chǎn)量，該風(fēng)電場(chǎng)將建在臺(tái)灣海峽，由丹麥的 Orsted A/S 公司建造。
臺(tái)積電稱還將繼續(xù)開(kāi)發(fā)更先進(jìn)有效的技術(shù)，來(lái)減少生產(chǎn)過(guò)程以及產(chǎn)品使用期間的資源消耗和污染。
▲臺(tái)積電新竹工廠外的一塊太陽(yáng)能電池板。
三、投身可再生能源，產(chǎn)業(yè)鏈巨頭紛紛表態(tài)
彭博社分析師凱爾?哈里森（Kyle Harrison）表示，環(huán)境、社會(huì)和公司治理（ESG）的出現(xiàn)，正迫使芯片制造商做出回應(yīng)。他認(rèn)為對(duì)許多企業(yè)來(lái)說(shuō)，“風(fēng)險(xiǎn)在于，如果不認(rèn)真對(duì)待 ESG 報(bào)告和脫碳工作，它們可能會(huì)失去重要的收入來(lái)源。”
在芯片制造前沿領(lǐng)域，三星是臺(tái)積電的強(qiáng)勁競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手之一。三星聲明，它在美國(guó)、歐洲和中國(guó)的生產(chǎn)都使用了 100% 的可再生能源，并在韓國(guó)平澤和華城的園區(qū)采用太陽(yáng)能和地?zé)岚l(fā)電。三星 CEO 金南?金（Kinam Kim）今年 3 月表示，公司正在提高能源利用效率，減少有害物質(zhì)的使用。而同在韓國(guó)的 SK 海力士今年早些時(shí)候發(fā)行了 10 億美元（約合 65 億元人民幣）的綠色債券。
世界上最大的芯片制造商英特爾宣稱，他們是美國(guó)的三大可再生能源使用者之一，自愿減少碳排放已經(jīng)超過(guò) 20 年。英特爾回收處理了大約 80% 的水，還計(jì)劃實(shí)現(xiàn) 100% 回收。
然而，隨著芯片成為中美緊張關(guān)系中的地緣政治棋子，各國(guó)都爭(zhēng)相建造更先進(jìn)的晶圓廠以實(shí)現(xiàn)自我供應(yīng)，所以對(duì)環(huán)境的影響仍在加劇。
▲三星在韓國(guó)平澤的工廠。
臺(tái)積電 4 月 1 日透露，計(jì)劃在未來(lái)三年內(nèi)斥資 1,000 億美元（約合 6545 億元人民幣）擴(kuò)大其制造能力，而三星則承諾在未來(lái)十年內(nèi)斥資 1,160 億美元（約合 7592 億元人民幣）發(fā)展其代工業(yè)務(wù)。英特爾計(jì)劃耗資 200 億美元（約合 1309 億元人民幣）在亞利桑那州再建兩座晶圓廠。中國(guó)也正投入大量資金試圖迎頭趕上，而許多芯片制造商并不公布其排放情況。
業(yè)界和政府都強(qiáng)調(diào)，半導(dǎo)體的創(chuàng)新是減少碳排放的關(guān)鍵，例如建造高效能源網(wǎng)和電動(dòng)汽車。歐盟委員會(huì)的一位發(fā)言人表示，數(shù)字技術(shù)可以將全球排放減少 15%，超過(guò)該行業(yè)造成的排放量。
美國(guó)政府的一位高級(jí)官員說(shuō)，美國(guó)希望在使用太陽(yáng)能或風(fēng)能等清潔能源的地方建造新的芯片生產(chǎn)設(shè)施。這位官員說(shuō)，總統(tǒng)明確承諾要解決氣候危機(jī)。這位官員還提到了 350 億美元（約合 2290 億元人民幣）的創(chuàng)新資金，這筆資金將幫助美國(guó)成為全球清潔能源技術(shù)的領(lǐng)導(dǎo)者。
盡管如此，對(duì)于大型企業(yè)來(lái)說(shuō)，要改變整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈的芯片制造過(guò)程絕非易事。
在芯片制造不可或缺的光刻機(jī)領(lǐng)域，荷蘭阿斯麥（ASML）幾乎壟斷了全球高端市場(chǎng)。該公司正在通過(guò)使用可再生能源、回收零部件以及升級(jí)技術(shù)來(lái)提高效率，解決排放問(wèn)題。
但阿斯麥預(yù)計(jì)在 2025 年之前，其總體碳排放量仍將增長(zhǎng)，因?yàn)槠浯蟛糠痔寂欧艁?lái)源于客戶對(duì)產(chǎn)品的使用。阿斯麥在 2020 年年度報(bào)告中稱，要實(shí)現(xiàn)其最新機(jī)器的節(jié)能目標(biāo)，就得克服“特別難以解決的戰(zhàn)略技術(shù)挑戰(zhàn)”。
結(jié)語(yǔ)：可持續(xù)，才能更長(zhǎng)久地發(fā)展
在全球缺芯的背景下，對(duì)于臺(tái)積電這樣重要的芯片制造廠商來(lái)說(shuō)，毫無(wú)疑問(wèn)革新技術(shù)、擴(kuò)充產(chǎn)能是重中之重，但同時(shí)，對(duì)環(huán)境和資源造成的影響也不應(yīng)被忽視。
加里?迪克森（Gary Dickerson）是世界上最大的芯片設(shè)備制造商應(yīng)用材料的 CEO，他認(rèn)為，行業(yè)領(lǐng)導(dǎo)者有責(zé)任確保半導(dǎo)體帶來(lái)的進(jìn)步是可持續(xù)的。
正如他所說(shuō)，世界正處于百年一遇的重大轉(zhuǎn)折點(diǎn)，這與以煤炭和石油為動(dòng)力的工業(yè)革命形成了鮮明對(duì)比?！八鼘?duì)世界產(chǎn)生了非常有意義、積極的影響，”他在接受采訪時(shí)說(shuō)，“但從氣候變化的角度來(lái)看，工業(yè)革命或許并不是那么偉大?！?/p>
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