芯片行業不可告人的小秘密
樂文瀾（Michal Lev-Ram）
2024-02-13
英特爾正在美國亞利桑那州菲尼克斯附近新建兩家芯片工廠，這也是美國芯片行業建設熱潮的一部分。圖片來源：COURTESY OF INTEL CORPORATION
2021年9月24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，英特爾的首席執行官帕特·基辛格站在講臺上，向共聚一堂紀念這一時刻的人群發表講話。“這是不是令人嘆為觀止？”他指著身后巨大的建筑工地說。“如果這還不能讓你感到興奮不已，那就自查一下脈搏。”
英特爾在美國亞利桑那州菲尼克斯附近的園區計劃確實引人注目：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）將創造數千個就業崗位，更不必提及此舉將大幅提升國內制造用于個人電腦和數據中心服務器等產品的半導體的產能。但最近芯片制造業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，也不僅僅是亞利桑那州一個地區。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，每年還會產生數千噸的化學廢物。
更重要的是，減輕環境危害所面臨的挑戰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，這是聯邦政府宣布實施由美國總統喬·拜登于2022年簽署的《芯片與科學法案》（CHIPS and Science Act）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現它們必須聯合起來研發更清潔的制造工藝。畢竟，它們能否充分利用政府的財政激勵措施，并實現為公司設定的雄心勃勃的可持續發展目標，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年實現全球業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》簽署數月后，半導體行業成立了一個由60個創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發展官托德·布雷迪表示：“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需要全行業的支持及合作，但英特爾幾十年來一直在可持續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境足跡》（Chasing Carbon: The Elusive Environmental Footprint of Computing）的論文發現，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。”
英特爾及其競爭對手有充足的理由繼續減少碳足跡，這不僅僅是因為它們雄心勃勃的目標。雖然美國的大多數新興和現有的半導體中心都歡迎它們的投資，但當地社區和組織也擔心對環境造成影響。
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。芯片在制造過程中必須用超純水沖洗，此外，數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同樣的目標。為了全面實現這一目標，公司還與非營利組織開展合作。這些項目，比如幫助當地社區更有效地利用水資源，抵消了生產過程中主要因為蒸發而損失的水資源。
目前使用的數種能夠對環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，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，全行業齊心協力就能夠有所作為，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，芯片制造業回流在為國內創造就業機會的同時，也使污染離我們更近了。
布雷迪說：“我們在制定2040年目標時，就知道我們將繼續擴張。這將是一項艱巨的任務。”（財富中文網）
譯者：Zhy
