困擾臺積電的大問題！不是錢，是資源
發(fā)布時間 : 2021-04-24 08:42 瀏覽次數(shù) : 1367次
智東西4月23日消息，據(jù)彭博社報道，近日臺積電正在興建臺南新廠，預(yù)計耗資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。
芯片制造是一個巨大的資源密集型行業(yè)，也是碳排放的一個主要來源。臺積電在擴(kuò)大產(chǎn)能、進(jìn)軍3nm芯片的同時，近10年的用水量幾乎翻了5倍，年用電量占臺灣總用電量的4.8%，超過整個臺北市的用電量。
▲4月7日，臺積電臺南新廠開工建設(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)隊發(fā)表了一篇名為《追逐碳：計算機(jī)難以捉摸的環(huán)境足跡（Chasing Carbon: The Elusive Environmental Footprint of Computing）》的論文，文中分析了臺積電、英特爾和蘋果等公司的可持續(xù)發(fā)展報告，表明隨著計算機(jī)技術(shù)應(yīng)用越來越普遍，“它對環(huán)境的影響也越來越大?！?/p>
這項研究量化了計算機(jī)系統(tǒng)的碳輸出，表明與移動設(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，信息和計算技術(shù)預(yù)計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源?！?/p>
這是一個鮮為人知的事實，而對于推動高端芯片制造的政府來說，這將令他們不安。
美國總統(tǒng)拜登計劃在美國建立尖端制造工廠，而這可能會與他的氣候友好議程發(fā)生沖突。歐盟建立芯片生產(chǎn)的計劃可能對此前承諾的“在2050年前成為首個氣候中立大陸”是一個考驗。
▲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。
但這是一個悖論。半導(dǎo)體行業(yè)大力宣揚技術(shù)進(jìn)步，使芯片在運行效率大大提高的同時，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)量級越來越大，制造的過程也變得越來越復(fù)雜。
目前，一個硅片需要3到4個月的時間才能加工為成品。晶圓沿著成排的機(jī)器流水線前進(jìn)，這些機(jī)器會在硅片的微材料層上燒刻出電路圖案，再在后續(xù)的自動化過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)生的危險性廢品是后者的兩倍多。
二、臺積電用水量十年翻五倍，年用電量超整個臺北
比利時Imec納米技術(shù)中心的高級研究員瑪麗·加西亞·巴登（Marie Garcia Bardon）說：“隨著芯片變得越來越復(fù)雜，能源消耗和水消耗的增加變成了總趨勢?！?/p>
由于資源有限，臺灣正處于產(chǎn)業(yè)和政府都兩難的境地。臺積電是臺灣經(jīng)濟(jì)的主要推動力，也是克服全球芯片短缺的關(guān)鍵力量。與此同時，環(huán)境惡化的跡象引發(fā)了人們的擔(dān)憂：臺灣以及全球半導(dǎo)體供應(yīng)鏈?zhǔn)欠駮艿綒夂蜃兓挠绊懀?/p>
今年早些時候，臺灣的芯片廠召集了大批運水車，以保持干旱期間的水供應(yīng)。在過去10年里，臺積電的用水量增加了近5倍，其中2019年的用水量相當(dāng)于7.9萬個奧運游泳池的容量。
用電量更是驚人，據(jù)綠色和平組織（Greenpeace）估計，臺積電的年用電量占臺灣總用電量的4.8%，超過了整個臺北的用電量。綠色和平組織表示，一旦臺積電的最新晶圓廠開始商業(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日全臺灣干旱期間，新竹的寶山第二水庫。
“未來，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⑴_灣大學(xué)（National Taiwan University）的周桂田及其團(tuán)隊在2019年10月發(fā)表的一篇論文中寫道。
臺積電是蘋果公司主要的芯片供應(yīng)商，而蘋果公司承諾將在2030年實現(xiàn)碳中和，這一承諾推動了整個供應(yīng)鏈的變化。臺積電承諾，2050年將100%使用可再生能源，并在去年7月簽署了協(xié)議，買下一個920MW海上風(fēng)電場的產(chǎn)量，該風(fēng)電場將建在臺灣海峽，由丹麥的Orsted A/S公司建造。
臺積電稱還將繼續(xù)開發(fā)更先進(jìn)有效的技術(shù)，來減少生產(chǎn)過程以及產(chǎn)品使用期間的資源消耗和污染。
▲臺積電新竹工廠外的一塊太陽能電池板。
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)為對許多企業(yè)來說，“風(fēng)險在于，如果不認(rèn)真對待ESG報告和脫碳工作，它們可能會失去重要的收入來源?！?/p>
在芯片制造前沿領(lǐng)域，三星是臺積電的強(qiáng)勁競爭對手之一。三星聲明，它在美國、歐洲和中國的生產(chǎn)都使用了100%的可再生能源，并在韓國平澤和華城的園區(qū)采用太陽能和地?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。而同在韓國的SK海力士今年早些時候發(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20年。英特爾回收處理了大約80%的水，還計劃實現(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，各國都爭相建造更先進(jìn)的晶圓廠以實現(xiàn)自我供應(yīng)，所以對環(huán)境的影響仍在加劇。
▲三星在韓國平澤的工廠。
臺積電4月1日透露，計劃在未來三年內(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)和電動汽車。歐盟委員會的一位發(fā)言人表示，數(shù)字技術(shù)可以將全球排放減少15%，超過該行業(yè)造成的排放量。
拜登政府的一位高級官員說，美國希望在使用太陽能或風(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，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成為全球清潔能源技術(shù)的領(lǐng)導(dǎo)者。
盡管如此，對于大型企業(yè)來說，要改變整個產(chǎn)業(yè)鏈的芯片制造過程絕非易事。
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。該公司正在通過使用可再生能源、回收零部件以及升級技術(shù)來提高效率，解決排放問題。
但阿斯麥預(yù)計在2025年之前，其總體碳排放量仍將增長，因為其大部分碳排放來源于客戶對產(chǎn)品的使用。阿斯麥在2020年年度報告中稱，要實現(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：可持續(xù)，才能更長久地發(fā)展
在全球缺芯的背景下，對于臺積電這樣重要的芯片制造廠商來說，毫無疑問革新技術(shù)、擴(kuò)充產(chǎn)能是重中之重，但同時，對環(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)體帶來的進(jìn)步是可持續(xù)的。
正如他所說，世界正處于百年一遇的重大轉(zhuǎn)折點，這與以煤炭和石油為動力的工業(yè)革命形成了鮮明對比。“它對世界產(chǎn)生了非常有意義、積極的影響，”他在接受采訪時說，“但從氣候變化的角度來看，工業(yè)革命或許并不是那么偉大?！?/p>
上述文章摘自鳳凰網(wǎng)，來源鏈接https://tech.ifeng.com/c/85gI4AhKEee
