半導體制造能耗難題引發關注

【今日視點】

◎本報記者 張佳欣

據西班牙《國家報》近日刊文稱，製造半導體所需的電能需求正在持續攀升。對此專家發出警告，滿足市場對微處理器激增的需求可能會阻礙綠色轉型。還有一個問題是，那些用於製造尖端芯片的精密且複雜的設備消耗着龐大的電能，而這些電能對於推動人工智能、數據中心等前沿技術的發展而言至關重要。

EUV光刻機變身“電老虎”

在半導體制造領域，光刻技術是實現芯片製造的關鍵步驟之一。微處理器就是使用複雜的極紫外光刻機（EUV光刻機）設備製造的。美國科技博客新聞網techspot報道稱，EUV光刻機對於生產更小、性能更強的微芯片至關重要，但其耗電量極大，預計未來幾年其耗電量還會顯著增長。

當前一代的EUV光刻機功率高達1170千瓦，而下一代高數值孔徑EUV光刻機的預計功率將達到1400千瓦。據分析公司TechInsights最近的一份報告稱，到2030年，配備EUV光刻機的晶圓廠，全球年耗電量可能會超過54000吉瓦時。這一數字甚至超過了新加坡或希臘等國的年耗電量。

十年前，美國諮詢公司麥肯錫就警告稱，一家典型的半導體制造工廠每年的耗電量與大約5萬户家庭的耗電量相當。這些工廠的耗電量甚至超過了汽車製造廠和煉油廠的總和。

半導體制造能耗問題嚴峻

事實上，擁有半導體悠久製造歷史的國家正面臨着日益嚴峻的能耗問題。以韓國為例，科技巨頭三星電子運營着6座半導體制造工廠。這些工廠在2021年所消耗的能源，佔據韓國全年能源賬單的3%。為了提升在全球芯片製造市場中的競爭力，爭奪外部客户訂單資源，三星電子正計劃進一步擴大其EUV光刻機的部署規模。

新設備的引進給韓國的能源體系帶來較大的挑戰，因為韓國的能源結構目前仍高度依賴於煤炭和天然氣等傳統化石燃料。據亞洲開發銀行發佈的最新數據顯示，截至2018年，韓國約有80%的能源供應依然源自化石燃料。

芯片製造過程需要極高的精度和嚴格的控制，這往往導致對電力和水資源的巨大需求。

世界經濟論壇官網指出，對水的嚴重依賴，正在成為快速增長的全球芯片行業的一個關鍵弱點。

可持續生產技術有待開發

當前，科研人員正致力於開發可持續的芯片製造技術。這些創新途徑涵蓋了利用光進行信息處理，以及探索量子態的潛力。後者有望在顯著提升效率的同時，大幅削減能源消耗並減輕環境負擔。例如，佳能計劃通過納米印刷技術進入目前由荷蘭阿斯麥公司主導的光刻機市場。

芯片行業中的其他參與者，例如英特爾，儘管步伐稍緩，但仍在推進其運營的綠色化與可持續性。這家美國企業在亞利桑那州、新墨西哥州及俄勒岡州的設施能夠便捷接入綠色能源。數據顯示，英特爾2021年的可再生能源供電比例攀升至80%。然而，隨着製造技術的精進，整體電力消耗亦呈現顯著上升趨勢。

隨着光刻機需求持續高漲，阿斯麥公司今年還將增加30%的EUV光刻機出貨量，這無疑將加劇能源消耗壓力。彭博資訊分析師馬沙羅·瓦卡蘇吉説：“我們必須認清當前半導體行業高能耗局勢的緊迫性，並立即行動起來，否則20年後的惡果將由我們自己承擔。”