半导体制造能耗难题引发关注

光刻机生产现场。 图片来源：荷兰阿斯麦公司官网

谷歌首款基于Arm的中央处理器(CPU)Axion。图片来源：美国谷歌公司官网

　　据西班牙《国家报》近日刊文称，制造半导体所需的电能需求正在持续攀升。对此专家发出警告，满足市场对微处理器激增的需求可能会阻碍绿色转型。还有一个问题是，那些用于制造尖端芯片的精密且复杂的设备消耗着庞大的电能，而这些电能对于推动人工智能、数据中心等前沿技术的发展而言至关重要。

　　EUV光刻机变身“电老虎”

　　在半导体制造领域，光刻技术是实现芯片制造的关键步骤之一。微处理器就是使用复杂的极紫外光刻机（EUV光刻机）设备制造的。美国科技博客新闻网techspot报道称，EUV光刻机对于生产更小、性能更强的微芯片至关重要，但其耗电量极大，预计未来几年其耗电量还会显著增长。

　　当前一代的EUV光刻机功率高达1170千瓦，而下一代高数值孔径EUV光刻机的预计功率将达到1400千瓦。据分析公司TechInsights最近的一份报告称，到2030年，配备EUV光刻机的晶圆厂，全球年耗电量可能会超过54000吉瓦时。这一数字甚至超过了新加坡或希腊等国的年耗电量。

　　十年前，美国咨询公司麦肯锡就警告称，一家典型的半导体制造工厂每年的耗电量与大约5万户家庭的耗电量相当。这些工厂的耗电量甚至超过了汽车制造厂和炼油厂的总和。

　　半导体制造能耗问题严峻

　　事实上，拥有半导体悠久制造历史的国家正面临着日益严峻的能耗问题。以韩国为例，科技巨头三星电子运营着6座半导体制造工厂。这些工厂在2021年所消耗的能源，占据韩国全年能源账单的3%。为了提升在全球芯片制造市场中的竞争力，争夺外部客户订单资源，三星电子正计划进一步扩大其EUV光刻机的部署规模。

　　新设备的引进给韩国的能源体系带来较大的挑战，因为韩国的能源结构目前仍高度依赖于煤炭和天然气等传统化石燃料。据亚洲开发银行发布的最新数据显示，截至2018年，韩国约有80%的能源供应依然源自化石燃料。

　　芯片制造过程需要极高的精度和严格的控制，这往往导致对电力和水资源的巨大需求。

　　世界经济论坛官网指出，对水的严重依赖，正在成为快速增长的全球芯片行业的一个关键弱点。

　　可持续生产技术有待开发

　　当前，科研人员正致力于开发可持续的芯片制造技术。这些创新途径涵盖了利用光进行信息处理，以及探索量子态的潜力。后者有望在显著提升效率的同时，大幅削减能源消耗并减轻环境负担。例如，佳能计划通过纳米印刷技术进入目前由荷兰阿斯麦公司主导的光刻机市场。

　　芯片行业中的其他参与者，例如英特尔，尽管步伐稍缓，但仍在推进其运营的绿色化与可持续性。这家美国企业在亚利桑那州、新墨西哥州及俄勒冈州的设施能够便捷接入绿色能源。数据显示，英特尔2021年的可再生能源供电比例攀升至80%。然而，随着制造技术的精进，整体电力消耗亦呈现显著上升趋势。

　　随着光刻机需求持续高涨，阿斯麦公司今年还将增加30%的EUV光刻机出货量，这无疑将加剧能源消耗压力。彭博资讯分析师马沙罗·瓦卡苏吉说：“我们必须认清当前半导体行业高能耗局势的紧迫性，并立即行动起来，否则20年后的恶果将由我们自己承担。”（记者 张佳欣）