科技日?qǐng)?bào)記者 張佳欣
據(jù)西班牙《國(guó)家報(bào)》近日刊文稱(chēng)，制造半導(dǎo)體所需的電能需求正在持續(xù)攀升。對(duì)此專(zhuān)家發(fā)出警告，滿(mǎn)足市場(chǎng)對(duì)微處理器激增的需求可能會(huì)阻礙綠色轉(zhuǎn)型。還有一個(gè)問(wèn)題是，那些用于制造尖端芯片的精密且復(fù)雜的設(shè)備消耗著龐大的電能，而這些電能對(duì)于推動(dòng)人工智能、數(shù)據(jù)中心等前沿技術(shù)的發(fā)展而言至關(guān)重要。
EUV光刻機(jī)變身“電老虎”
在半導(dǎo)體制造領(lǐng)域，光刻技術(shù)是實(shí)現(xiàn)芯片制造的關(guān)鍵步驟之一。微處理器就是使用復(fù)雜的極紫外光刻機(jī)（EUV光刻機(jī)）設(shè)備制造的。美國(guó)科技博客新聞網(wǎng)techspot報(bào)道稱(chēng)，EUV光刻機(jī)對(duì)于生產(chǎn)更小、性能更強(qiáng)的微芯片至關(guān)重要，但其耗電量極大，預(yù)計(jì)未來(lái)幾年其耗電量還會(huì)顯著增長(zhǎng)。
當(dāng)前一代的EUV光刻機(jī)功率高達(dá)1170千瓦，而下一代高數(shù)值孔徑EUV光刻機(jī)的預(yù)計(jì)功率將達(dá)到1400千瓦。據(jù)分析公司TechInsights最近的一份報(bào)告稱(chēng)，到2030年，配備EUV光刻機(jī)的晶圓廠，全球年耗電量可能會(huì)超過(guò)54000吉瓦時(shí)。這一數(shù)字甚至超過(guò)了新加坡或希臘等國(guó)的年耗電量。
十年前，美國(guó)咨詢(xún)公司麥肯錫就警告稱(chēng)，一家典型的半導(dǎo)體制造工廠每年的耗電量與大約5萬(wàn)戶(hù)家庭的耗電量相當(dāng)。這些工廠的耗電量甚至超過(guò)了汽車(chē)制造廠和煉油廠的總和。
半導(dǎo)體制造能耗問(wèn)題嚴(yán)峻
事實(shí)上，擁有半導(dǎo)體悠久制造歷史的國(guó)家正面臨著日益嚴(yán)峻的能耗問(wèn)題。以韓國(guó)為例，科技巨頭三星電子運(yùn)營(yíng)著6座半導(dǎo)體制造工廠。這些工廠在2021年所消耗的能源，占據(jù)韓國(guó)全年能源賬單的3%。為了提升在全球芯片制造市場(chǎng)中的競(jìng)爭(zhēng)力，爭(zhēng)奪外部客戶(hù)訂單資源，三星電子正計(jì)劃進(jìn)一步擴(kuò)大其EUV光刻機(jī)的部署規(guī)模。
新設(shè)備的引進(jìn)給韓國(guó)的能源體系帶來(lái)較大的挑戰(zhàn)，因?yàn)轫n國(guó)的能源結(jié)構(gòu)目前仍高度依賴(lài)于煤炭和天然氣等傳統(tǒng)化石燃料。據(jù)亞洲開(kāi)發(fā)銀行發(fā)布的最新數(shù)據(jù)顯示，截至2018年，韓國(guó)約有80%的能源供應(yīng)依然源自化石燃料。
芯片制造過(guò)程需要極高的精度和嚴(yán)格的控制，這往往導(dǎo)致對(duì)電力和水資源的巨大需求。
世界經(jīng)濟(jì)論壇官網(wǎng)指出，對(duì)水的嚴(yán)重依賴(lài)，正在成為快速增長(zhǎng)的全球芯片行業(yè)的一個(gè)關(guān)鍵弱點(diǎn)。
可持續(xù)生產(chǎn)技術(shù)有待開(kāi)發(fā)
當(dāng)前，科研人員正致力于開(kāi)發(fā)可持續(xù)的芯片制造技術(shù)。這些創(chuàng)新途徑涵蓋了利用光進(jìn)行信息處理，以及探索量子態(tài)的潛力。后者有望在顯著提升效率的同時(shí)，大幅削減能源消耗并減輕環(huán)境負(fù)擔(dān)。例如，佳能計(jì)劃通過(guò)納米印刷技術(shù)進(jìn)入目前由荷蘭阿斯麥公司主導(dǎo)的光刻機(jī)市場(chǎng)。
芯片行業(yè)中的其他參與者，例如英特爾，盡管步伐稍緩，但仍在推進(jìn)其運(yùn)營(yíng)的綠色化與可持續(xù)性。這家美國(guó)企業(yè)在亞利桑那州、新墨西哥州及俄勒岡州的設(shè)施能夠便捷接入綠色能源。數(shù)據(jù)顯示，英特爾2021年的可再生能源供電比例攀升至80%。然而，隨著制造技術(shù)的精進(jìn)，整體電力消耗亦呈現(xiàn)顯著上升趨勢(shì)。
隨著光刻機(jī)需求持續(xù)高漲，阿斯麥公司今年還將增加30%的EUV光刻機(jī)出貨量，這無(wú)疑將加劇能源消耗壓力。彭博資訊分析師馬沙羅·瓦卡蘇吉說(shuō)：“我們必須認(rèn)清當(dāng)前半導(dǎo)體行業(yè)高能耗局勢(shì)的緊迫性，并立即行動(dòng)起來(lái)，否則20年后的惡果將由我們自己承擔(dān)。”
