據彭博社報導，近日台積電正在興建台南新廠，預計耗資200億美元（約合1308億元人民幣），而相應的資源消耗和碳排放量也令人擔憂。芯片製造是一個巨大的資源密集型行業，也是碳排放的一個主要來源。台積電在擴大產能、進軍3nm芯片的同時，近10年的用水量幾乎翻了5倍，年用電量佔台灣總用電量的4.8%，超過整個台北市的用電量。

▲4月7日，台積電台南新廠開工建設。

一、造芯片比造汽車污染更大

2020年10月，哈佛大學的烏迪特·古普塔（Udit Gupta）領導他的團隊發表了一篇名為《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，文中分析了台積電、英特爾和蘋果等公司的可持續發展報告，表明隨著計算機技術應用越來越普遍，“它對環境的影響也越來越大。”

這項研究量化了計算機系統的碳輸出，表明與移動設備和數據中心設備相關的大部分碳排放都來自硬件製造和基礎設施。他們發現，到2030年，信息和計算技術預計將佔用全球能源需求的20%，而硬件所佔的碳排放量比系統操作所佔的要多。

研究人員得出結論：“與硬件使用和能源消耗相比，芯片製造是碳排放的主要來源。”

這是一個鮮為人知的事實，而對於推動高端芯片製造的政府來說，這將令他們不安。

美國總統拜登計劃在美國建立尖端製造工廠，而這可能會與他的氣候友好議程發生衝突。歐盟建立芯片生產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。

半導體公司普遍承認碳排放問題的存在，也強調他們正在採取措施減少排放。

但這是一個悖論。半導體行業大力宣揚技術進步，使芯片在運行效率大大提高的同時，在其生命週期內大幅削減能源消耗。然而，隨著一塊芯片上集成的晶體管數量級越來越大，製造的過程也變得越來越複雜。

目前，一個矽片需要3到4個月的時間才能加工為成品。晶圓沿著成排的機器流水線前進，這些機器會在矽片的微材料層上燒刻出電路圖案，再在後續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，每做出一批矽片都要消耗大量的電力和水，排出更多的溫室氣體。

最先進的芯片製造商比一些傳統的重污染行業的碳排放量更大。例如，2019年，根據被披露的信息，英特爾工廠的用水量是福特汽車工廠的三倍多，而產生的危險性廢品是後者的兩倍多。

二、台積電用水量十年翻五倍，年用電量超整個台北

比利時Imec納米技術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複雜，能源消耗和水消耗的增加變成了總趨勢。”

由於資源有限，台灣正處於產業和政府都兩難的境地。台積電是台灣經濟的主要推動力，也是克服全球芯片短缺的關鍵力量。與此同時，環境惡化的跡象引發了人們的擔憂：台灣以及全球半導體供應鍊是否會受到氣候變化的影響？

今年早些時候，台灣的芯片廠召集了大批運水車，以保持乾旱期間的水供應。在過去10年裡，台積電的用水量增加了近5倍，其中2019年的用水量相當於7.9萬個奧運游泳池的容量。

用電量更是驚人，據綠色和平組織（Greenpeace）估計，台積電的年用電量佔台灣總用電量的4.8%，超過了整個台北的用電量。綠色和平組織表示，一旦台積電的最新晶圓廠開始商業化生產，這一比例將上升至7.2%。這些晶圓廠將進一步縮小晶圓生產工藝，從目前的5納米縮小到3納米。

▲4月7日全台灣乾旱期間，新竹的寶山第二水庫。

“未來，電子行業面臨的最大挑戰就是它能否承受碳排放和電力消耗的壓力。”國立台灣大學（National Taiwan University）的周桂田及其團隊在2019年10月發表的一篇論文中寫道。

台積電是蘋果公司主要的芯片供應商，而蘋果公司承諾將在2030年實現碳中和，這一承諾推動了整個供應鏈的變化。台積電承諾，2050年將100%使用可再生能源，並在去年7月簽署了協議，買下一個920MW海上風電場的產量，該風電場將建在台灣海峽，由丹麥的Orsted A/S公司建造。

台積電稱還將繼續開發更先進有效的技術，來減少生產過程以及產品使用期間的資源消耗和污染。

三、投身可再生能源，產業鏈巨頭紛紛表態

彭博社分析師凱爾·哈里森（Kyle Harrison）表示，環境、社會和公司治理（ESG）的出現，正迫使芯片製造商做出回應。他認為對許多企業來說，“風險在於，如果不認真對待ESG報告和脫碳工作，它們可能會失去重要的收入來源。”

在芯片製造前沿領域，三星是台積電的強勁競爭對手之一。三星聲明，它在美國、歐洲和中國的生產都使用了100%的可再生能源，並在韓國平澤和華城的園區採用太陽能和地熱發電。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，減少有害物質的使用。而同在韓國的SK海力士今年早些時候發行了10億美元（約合65億元人民幣）的綠色債券。

世界上最大的芯片製造商英特爾宣稱，他們是美國的三大可再生能源使用者之一，自願減少碳排放已經超過20年。英特爾回收處理了大約80%的水，還計劃實現100%回收。

然而，隨著芯片成為中美緊張關係中的地緣政治棋子，各國都爭相建造更先進的晶圓廠以實現自我供應，所以對環境的影響仍在加劇。

▲三星在韓國平澤的工廠。

台積電4月1日透露，計劃在未來三年內斥資1,000億美元（約合6545億元人民幣）擴大其製造能力，而三星則承諾在未來十年內斥資1,160億美元（約合7592億元人民幣）發展其代工業務。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，而許多芯片製造商並不公佈其排放情況。

業界和政府都強調，半導體的創新是減少碳排放的關鍵，例如建造高效能源網和電動汽車。歐盟委員會的一位發言人表示，數字技術可以將全球排放減少15%，超過該行業造成的排放量。

拜登政府的一位高級官員說，美國希望在使用太陽能或風能等清潔能源的地方建造新的芯片生產設施。這位官員說，總統明確承諾要解決氣候危機。這位官員還提到了350億美元（約合2290億元人民幣）的創新資金，這筆資金將幫助美國成為全球清潔能源技術的領導者。

儘管如此，對於大型企業來說，要改變整個產業鏈的芯片製造過程絕非易事。

在芯片製造不可或缺的光刻機領域，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來提高效率，解決排放問題。

但阿斯麥預計在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於客戶對產品的使用。阿斯麥在2020年年度報告中稱，要實現其最新機器的節能目標，就得克服“特別難以解決的戰略技術挑戰”。

結語：可持續，才能更長久地發展

在全球缺芯的背景下，對於台積電這樣重要的芯片製造廠商來說，毫無疑問革新技術、擴充產能是重中之重，但同時，對環境和資源造成的影響也不應被忽視。

加里·迪克森（Gary Dickerson）是世界上最大的芯片設備製造商應用材料的CEO，他認為，行業領導者有責任確保半導體帶來的進步是可持續的。

正如他所說，世界正處於百年一遇的重大轉折點，這與以煤炭和石油為動力的工業革命形成了鮮明對比。“它對世界產生了非常有意義、積極的影響，”他在接受采訪時說，“但從氣候變化的角度來看，工業革命或許並不是那麼偉大。”