光刻機生產現場。圖片來源：荷蘭阿斯麥公司官網
穀歌首款基於Arm的中央處理器（CPU）Axion。圖片來源：美國穀歌公司官網
【今日視點】
◎本報記者張佳欣
據西班牙《國家報》近日刊文稱，製造電晶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，那些用於製造尖端晶片的精密且複雜的設備消耗著龐大的電能，而這些電能對於推動人工智慧、資料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”
在電晶體製造領域，光刻技術是實現晶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。美國科技部落格新聞網techspot報導稱，EUV光刻機對於生產更小、效能更强的微芯片至關重要，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。這一數位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，一家典型的電晶體製造工廠每年的耗電量與大約5萬戶家庭的耗電量相當。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。
電晶體製造能耗問題嚴峻
事實上，擁有電晶體悠久製造歷史的國家正面臨著日益嚴峻的能耗問題。以韓國為例，科技巨頭三星電子運營著6座電晶體製造工廠。這些工廠在2021年所消耗的能源，佔據韓國全年能源帳單的3%。為了提升在全球晶片製造市場中的競爭力，爭奪外部客戶訂單資源，三星電子正計畫進一步擴大其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現時仍高度依賴於煤炭和瓦斯等傳統化石燃料。據亞洲開發銀行發佈的最新資料顯示，截至2018年，韓國約有80%的能源供應依然源自化石燃料。
晶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晶片行業的一個關鍵弱點。
永續生產科技有待開發
當前，科研人員正致力於開發永續的晶片製造技術。這些創新途徑涵蓋了利用光進行資訊處理，以及探索量子態的潜力。後者有望在顯著提升效率的同時，大幅削减能源消耗並減輕環境負擔。例如，佳能計畫通過納米印刷科技進入現時由荷蘭阿斯麥公司主導的光刻機市場。
晶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够便捷接入綠色能源。資料顯示，英特爾2021年的可再生能源供電比例攀升至80%。然而，隨著製造技術的精進，整體電力消耗亦呈現顯著上升趨勢。
隨著光刻機需求持續高漲，阿斯麥公司今年還將新增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·瓦卡蘇吉說：“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。”