芯片行業(yè)不可告人的小秘密

樂文瀾

半導體制造商的廠房建設正在如火如荼地推進，批評人士擔心這將對環(huán)境造成巨大的破壞

2 0 2 1 年9 月2 4 日， 英特爾（Intel）在美國亞利桑那州錢德勒的兩家計算機芯片新工廠破土動工。全美眾多公司都在競相完成這樣的項目，以滿足對半導體看似無止境的需求。背景里塵土飛揚、堆滿鋼鐵，還有推土機出鏡，英特爾的首席執(zhí)行官帕特·基辛格（PatGelsinger）站在講臺上，向共聚一堂紀念這一時刻的人群發(fā)表講話?！斑@是不是令人嘆為觀止？”他指著身后巨大的建筑工地說?！叭绻@還不能讓你感到興奮不已，那就自查一下脈搏?！?/p>

英特爾在美國亞利桑那州菲尼克斯附近的園區(qū)計劃確實引人注目：這家芯片巨頭將向該項目投入200 億美元，并表示新工廠（或稱晶圓廠）將創(chuàng)造數(shù)千個就業(yè)崗位，更不必提及此舉將大幅提升國內制造用于個人電腦和數(shù)據中心服務器等產品的半導體的產能。但最近芯片制造業(yè)的繁榮也有不那么值得慶賀的一面—不僅僅是英特爾一家企業(yè)，也不僅僅是亞利桑那州一個地區(qū)。批評人士擔心，新工廠可能會加劇日益嚴重的氣候危機，導致化學物質破壞環(huán)境，并耗盡含水層。原因是雖然半導體芯片是在“無塵室”中制造的，但實際上制造過程相當骯臟。

生產指甲蓋大小的電子元件是一個復雜且耗能的過程。根據能源管理供應商施耐德電氣公司（Schneider Electric）的數(shù)據，大型晶圓廠每小時可以使用100 兆瓦時的電量，超過了煉油廠或者汽車廠的耗電量。每個半導體工廠每天還要消耗超過100 萬加侖（約3，785，411.784升）的水，此外，每年還會產生數(shù)千噸的化學廢物。

更重要的是，減輕環(huán)境危害所面臨的挑戰(zhàn)可能很快就會變得更加嚴峻。用于制造高端芯片的新技術需要耗費更多的能源，因此潛在上是更大的碳排放源。盡管該行業(yè)在芯片清潔生產方面取得了進展，但仍然有大量的工作需要做。

誠然， 芯片制造業(yè)的回流有諸多的好處，包括加強供應鏈，甚至提高美國的安全水平， 這是聯(lián)邦政府宣布實施由美國總統(tǒng)喬·拜登（Joe Biden）于2022年簽署的《芯片與科學法案》（CHIPS and ScienceAct）的原因之一。該法案授權稅收抵免，并提供近530 億美元的補貼，以激勵半導體公司加大對國內研究和制造的投資。到目前為止，該法案似乎已經奏效。

自《芯片與科學法案》頒布以來，許多芯片制造商已經承諾投入數(shù)十億美元建設新工廠。除了在亞利桑那州新建工廠外，英特爾在俄亥俄州的工廠也已經破土動工。與此同時，為英偉達（Nvidia）生產大部分處理器的中國臺灣芯片制造商臺積電（TSMC）也在亞利桑那州擴張，投資400億美元建廠，據報道這是美國歷史上最大的國外投資之一。內存芯片制造商美光科技（Micron Technology）也計劃在公司的總部所在地美國愛達荷州博伊西建造一家大型工廠。

業(yè)界對《芯片與科學法案》的支持不足為奇。（有530 億美元的財政激勵措施，誰會不支持呢？）不過，所有這些擴張都是要付出代價的。英特爾及其競爭對手如今發(fā)現(xiàn)它們必須聯(lián)合起來研發(fā)更清潔的制造工藝。畢竟，它們能否充分利用政府的財政激勵措施，并實現(xiàn)為公司設定的雄心勃勃的可持續(xù)發(fā)展目標，在很大程度上取決于它們自身的能力。例如，英特爾已經承諾到2040 年實現(xiàn)全球業(yè)務的溫室氣體凈零排放。

這就是為什么在2022 年11 月，即《芯片與科學法案》簽署數(shù)月后，半導體行業(yè)成立了一個由60 個創(chuàng)始成員組成的新組織，旨在加速減少溫室氣體排放。

英特爾的首席可持續(xù)發(fā)展官托德·布雷迪（ToddBrady）表示：“我們無法獨自完成這項工作。”布雷迪在28 年前加入該公司，他說，雖然今天面臨的挑戰(zhàn)需要全行業(yè)的支持及合作，但英特爾幾十年來一直在可持續(xù)生產實踐方面取得進展。

布雷迪稱，該公司的碳排放量在2006 年達到峰值，此后由于對可再生能源的依賴日益增加，碳排放量一直在下降。在全球范圍內，英特爾目前93% 的電力來自太陽能和風能等“清潔”能源。

然而， 這些能源需求依然巨大。2020 年，一篇題為《追逐碳：計算機難以捉摸的環(huán)境足跡》（Chasing Carbon ： The Elusive Environmental Footprint ofComputing ）的論文發(fā)現(xiàn)，芯片制造是消費電子產品碳排放的主要來源，而不是在其整個生命周期內的使用，并且制造過程可能會更加耗能。

研究人員、論文合著者卡羅勒- 讓·吳（Carole-JeanWu）在接受《財富》雜志的采訪時表示：“制造設計更為先進的[ 芯片] 的新晶圓廠對電力的需求會更大?！?/p>

英特爾及其競爭對手有充足的理由繼續(xù)減少碳足跡，這不僅僅是因為它們雄心勃勃的目標。雖然美國的大多數(shù)新興和現(xiàn)有的半導體中心都歡迎它們的投資，但當?shù)厣鐓^(qū)和組織也擔心對環(huán)境造成影響。

水的使用尤其令人擔憂，尤其是在亞利桑那州等水資源并不豐富的地區(qū)。芯片在制造過程中必須用超純水沖洗，此外，數(shù)據中心也要用水冷卻設備。

但在這些方面，英特爾等公司也取得了進展，清洗后循環(huán)使用水的比例越來越高。英特爾指出，它已經在美國和印度實現(xiàn)了“凈正向用水”，而且即便是在新建工廠和增加用水量的情況下，也將于2030年之前在所有國家實現(xiàn)同樣的目標。為了全面實現(xiàn)這一目標，公司還與非營利組織開展合作。這些項目，比如幫助當?shù)厣鐓^(qū)更有效地利用水資源，抵消了生產過程中主要因為蒸發(fā)而損失的水資源。

目前使用的數(shù)種能夠對環(huán)境造成危害的化學物質都被排放到大氣中，因此，要在芯片制造過程中使用更環(huán)保的化學物質，還有很多工作需要做。在英特爾位于亞利桑那州的園區(qū)，新工廠尚未完工，該公司已經每季度排放約兩噸有害空氣污染物。

英特爾公司的布雷迪指出，在這一領域，全行業(yè)齊心協(xié)力就能夠有所作為，從而找到有害化學物質的替代品。他說，這是芯片制造過程中最骯臟的部分。《芯片與科學法案》在鼓勵做大做快的同時，也讓芯片制造商更有必要采取行動，包括減少使用會產生溫室氣體的化學品。畢竟，芯片制造業(yè)回流在為國內創(chuàng)造就業(yè)機會的同時，也使污染離我們更近了。

布雷迪說：“我們在制定2040 年目標時，就知道我們將繼續(xù)擴張。這將是一項艱巨的任務?！?/p>

財富譯者：Zhy