芯片行业不可告人的小秘密

2021年9月24日，英特尔（Intel）在美国亚利桑那州钱德勒的两家计算机芯片新工厂破土动工。全美众多公司都在竞相完成这样的项目，以满足对半导体看似无止境的需求。背景里尘土飞扬、堆满钢铁，还有推土机出镜，英特尔的首席执行官帕特·基辛格（Pat Gelsinger）站在讲台上，向共聚一堂纪念这一时刻的人群发表讲话。“这是不是令人叹为观止？”他指着身后巨大的建筑工地说。“如果这还不能让你感到兴奋不已，那就自查一下脉搏。”

英特尔在美国亚利桑那州菲尼克斯附近的园区计划确实引人注目：这家芯片巨头将向该项目投入200亿美元，并表示新工厂（或称晶圆厂）将创造数千个就业岗位，更不必提及此举将大幅提升国内制造用于个人电脑和数据中心服务器等产品的半导体的产能。但最近芯片制造业的繁荣也有不那么值得庆贺的一面——不仅仅是英特尔一家企业，也不仅仅是亚利桑那州一个地区。批评人士担心，新工厂可能会加剧日益严重的气候危机，导致化学物质破坏环境，并耗尽含水层。原因是虽然半导体芯片是在“无尘室”中制造的，但实际上制造过程相当肮脏。

生产指甲盖大小的电子元件是一个复杂且耗能的过程。根据能源管理供应商施耐德电气公司（Schneider Electric）的数据，大型晶圆厂每小时可以使用100兆瓦时的电量，超过了炼油厂或者汽车厂的耗电量。每个半导体工厂每天还要消耗超过100万加仑（约3,785,411.784升）的水，此外，每年还会产生数千吨的化学废物。

更重要的是，减轻环境危害所面临的挑战可能很快就会变得更加严峻。用于制造高端芯片的新技术需要耗费更多的能源，因此潜在上是更大的碳排放源。尽管该行业在芯片清洁生产方面取得了进展，但仍然有大量的工作需要做。

诚然，芯片制造业的回流有诸多的好处，包括加强供应链，甚至提高美国的安全水平，这是联邦政府宣布实施由美国总统乔·拜登（Joe Biden）于2022年签署的《芯片与科学法案》（CHIPS and Science Act）的原因之一。该法案授权税收抵免，并提供近530亿美元的补贴，以激励半导体公司加大对国内研究和制造的投资。到目前为止，该法案似乎已经奏效。

自《芯片与科学法案》颁布以来，许多芯片制造商已经承诺投入数十亿美元建设新工厂。除了在亚利桑那州新建工厂外，英特尔在俄亥俄州的工厂也已经破土动工。与此同时，为英伟达（Nvidia）生产大部分处理器的中国台湾芯片制造商台积电（TSMC）也在亚利桑那州扩张，投资400亿美元建厂，据报道这是美国历史上最大的国外投资之一。内存芯片制造商美光科技（Micron Technology）也计划在公司的总部所在地美国爱达荷州博伊西建造一家大型工厂。

业界对《芯片与科学法案》的支持不足为奇。（有530亿美元的财政激励措施，谁会不支持呢？）不过，所有这些扩张都是要付出代价的。英特尔及其竞争对手如今发现它们必须联合起来研发更清洁的制造工艺。毕竟，它们能否充分利用政府的财政激励措施，并实现为公司设定的雄心勃勃的可持续发展目标，在很大程度上取决于它们自身的能力。例如，英特尔已经承诺到2040年实现全球业务的温室气体净零排放。

这就是为什么在2022年11月，即《芯片与科学法案》签署数月后，半导体行业成立了一个由60个创始成员组成的新组织，旨在加速减少温室气体排放。

英特尔的首席可持续发展官托德·布雷迪（Todd Brady）表示：“我们无法独自完成这项工作。”布雷迪在28年前加入该公司，他说，虽然今天面临的挑战需要全行业的支持及合作，但英特尔几十年来一直在可持续生产实践方面取得进展。

布雷迪称，该公司的碳排放量在2006年达到峰值，此后由于对可再生能源的依赖日益增加，碳排放量一直在下降。在全球范围内，英特尔目前93%的电力来自太阳能和风能等“清洁”能源。

然而，这些能源需求依然巨大。2020年，一篇题为《追逐碳：计算机难以捉摸的环境足迹》（Chasing Carbon: The Elusive Environmental Footprint of Computing）的论文发现，芯片制造是消费电子产品碳排放的主要来源，而不是在其整个生命周期内的使用，并且制造过程可能会更加耗能。

英特尔正在美国亚利桑那州菲尼克斯附近新建两家芯片工厂，这也是美国芯片行业建设热潮的一部分。图片来源: COURTESY OF INTEL CORPORATION

英特尔及其竞争对手有充足的理由继续减少碳足迹，这不仅仅是因为它们雄心勃勃的目标。虽然美国的大多数新兴和现有的半导体中心都欢迎它们的投资，但当地社区和组织也担心对环境造成影响。

水的使用尤其令人担忧，尤其是在亚利桑那州等水资源并不丰富的地区。芯片在制造过程中必须用超纯水冲洗，此外，数据中心也要用水冷却设备。

但在这些方面，英特尔等公司也取得了进展，清洗后循环使用水的比例越来越高。英特尔指出，它已经在美国和印度实现了“净正向用水”，而且即便是在新建工厂和增加用水量的情况下，也将于2030年之前在所有国家实现同样的目标。为了全面实现这一目标，公司还与非营利组织开展合作。这些项目，比如帮助当地社区更有效地利用水资源，抵消了生产过程中主要因为蒸发而损失的水资源。

目前使用的数种能够对环境造成危害的化学物质都被排放到大气中，因此，要在芯片制造过程中使用更环保的化学物质，还有很多工作需要做。在英特尔位于亚利桑那州的园区，新工厂尚未完工，该公司已经每季度排放约两吨有害空气污染物。

英特尔公司的布雷迪指出，在这一领域，全行业齐心协力就能够有所作为，从而找到有害化学物质的替代品。他说，这是芯片制造过程中最肮脏的部分。《芯片与科学法案》在鼓励做大做快的同时，也让芯片制造商更有必要采取行动，包括减少使用会产生温室气体的化学品。毕竟，芯片制造业回流在为国内创造就业机会的同时，也使污染离我们更近了。

布雷迪说：“我们在制定2040年目标时，就知道我们将继续扩张。这将是一项艰巨的任务。”

译者：Zhy