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2022-08-29 16:09
商业与经济

芯片制造商戒不了化石燃料的瘾

芯片业有可能是全球碳减排努力道路上最大的绊脚石;但几乎没有人想要放慢这个行业的增长。
光刻机专访阿斯麦新CEO:光刻机巨擘如何在中美芯片战中前行?
一台阿斯麦生产的极紫外光刻机。

Betty Hou、Stephen Stapczynski

■制造世界上最高级半导体的机器是当代工程学的奇迹。该机器名为极紫外光刻机,简称EUV,这个机器将硅晶圆置于人眼看不见的光波中,在晶圆表面材料上刻下精确到几纳米的图案。为创造出这种特殊光线,EUV用激光蒸发融化的锡,然后利用镜子将这些射线聚焦成更细微的波长。全球只有一家公司——荷兰的阿斯麦(ASML Holding NV)——生产这种公交车大小的设备,其成本超过1.5亿美元,由10万个独立组件构成。

EUV也恰恰说明了,让半导体变得体积更小、功能更强大且能源更高效的努力,是如何让生产过程变得更为复杂且更耗能的。每一台机器的耗电量大约为1兆瓦,是前几代设备的10倍左右。由于没有其他替代设备能制造出最高级的半导体,因此芯片业有可能是全球碳减排努力道路上最大的绊脚石。

没有哪家公司购买的EUV数量会超过全球最大的外包芯片供应商台积电。该公司目前有80多台这类机器,而且正在台湾南部台南市一家耗资200亿美元的芯片代工工厂内安装一台新一代机器。由于EUV的运行需要大量电力,因此预计台积电的耗电量很快就会超过拥有2100万人口的斯里兰卡整个国家的能耗。2020年,这家公司约占台湾整体能耗的6%。预计到2025年,该公司能耗占比将达12.5%。

除台积电外,大型存储芯片制造商美光科技(Micron Technology Inc.)也计划在其位于台中市的工厂使用至少一台EUV,台中在台北市以南大约两小时车程以外的地方。彭博行业研究分析师查理斯·岑(Charles Shum)指出,3年之内,台湾代工工厂制造的所有芯片中将有1/4需要通过EUV。

台湾桃园市中央大学的管理学讲座教授梁志远表示,除非芯片制造商开始修建自己的电厂,否则台湾的电力产能将不足以容纳其半导体业。梁教授称,台湾的应急储备,即衡量其用于应对不可预见的需求激增或中断所必需的额外电力产能,可能会在今年某个时点降至10%以下(政府认为10%的额外产能方属“足够”水平)。

芯片制造商对台湾经济而言至关重要,其他领域可能会更明显地感觉到电力竞争加剧所产生的影响。“电力短缺无疑会发生,”国际环保组织绿色和平(Greenpeace)气候能源专案主任郑楚忻表示。“台积电会耗掉台湾的大多数能源供应,这会损害其他行业。”

台积电的生产活动对环境会造成多大影响,一个关键决定因素是所有这些电力从何而来。“在那些芯片制造商使用如此高能耗设备的地方,可再生能源变得尤为关键且紧迫,”研究公司校际微电子中心(Imec)可持续项目主管拉斯-阿克·拉格纳森(Lars-Ake Ragnarsson)如此表示。然而,台湾十分依赖化石燃料。2016年,台湾政府设定目标,将通过积极修建太阳能电力及海上风能发电设施,实现到2025年20%的电力来自可再生能源。但今年7月份发布的最新能源评估报告显示,截至2021年底,来自可再生能源的电力仅占6%,为此,监管机构将2025年的目标降至了15%。

芯片制造业巨头三星电子(Samsung Electronics Co.)所在的韩国也面临类似挑战。这家公司在韩国有6家半导体工厂,占韩国2021年耗电量的3%。公司目前寻求通过为外部客户制造芯片而更多与台积电展开直接竞争,为此,三星正在考虑扩大自身对EUV的使用。该公司目前拥有的EUV数量比台积电少,不过三星并未公开透露过其EUV机器的数量。6月初,三星集团掌门人李在镕出访荷兰,与阿斯麦谈判新协议。

韩国仍有超过60%的电力来自烧煤和天然气。韩国的目标是到2030年,碳排放量比2018年低40%。为此,需要到2030年将韩国的可再生能源占比从2021年的7.5%增至远高于30%的水平。

总部位于美国的大型芯片制造商英特尔(Intel Corp.)在可再生能源方面比其亚洲同行做得要好, 部分原因在于,该公司在亚利桑那州、新墨西哥州和俄勒冈州的工厂可以使用绿色能源。2021年,公司80%的电力来自可再生能源,高于上年71%的占比。但由于使用了先进的制造技术,该公司的整体用电量也在明显增加。

放眼全球,一些表达过减排意愿的政府,打造国内半导体产能的意愿也很强烈,他们希望借此抵御供应链的冲击及地缘政治的干扰。美国近来通过了一项520亿美元的计划,准备在国内建立芯片产能,《欧洲芯片法案》(European Chips Act)中包括490亿美元的投资,用于在欧盟重振芯片行业。在上述两地,环境影响似乎都不是主要的考量。彭博新能源财经日韩研究业务主管David Kang表示:“虽然公司需要满足条件才能获得资金,但这些行动中尚还没有一项行动确定了气候相关目标。”

阿斯麦如今正在经历空前的需求。彭博行业研究的高级分析师若杉正弘(Masahiro Wakasugi)预计,尽管美国施压要求该公司停止向中国出售甚至用于制造较低级芯片的设备,但预计阿斯麦2023年的年销售额将增长超过30%至260亿美元左右。首席财务官罗杰·达森(Roger Dassen)今年4月表示,阿斯麦正在研究将2025年EUV的发货量从最初70台的目标增至90台的可能性。

或许有可能找到以更环保更可持续的方式来制造芯片,但几乎没有人想要放慢这个行业的增长。“总体来说,节奏和时间都不多了。我们有太多的事情需要解决,做这些需要时间和成本,” 校际微电子中心的拉格纳森说道。“我们的行业增长很快,如果我们不采取任何行动,我们的问题将会越来越严重。”

总之 随着半导体越来越小且越来越高效,生产半导体所需的耗能却越来越高,这阻碍了中国台湾和韩国放弃化石燃料的努力。■

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光刻机专访阿斯麦新CEO:光刻机巨擘如何在中美芯片战中前行?
2022-08-29 16:09
商业与经济

芯片制造商戒不了化石燃料的瘾

芯片业有可能是全球碳减排努力道路上最大的绊脚石;但几乎没有人想要放慢这个行业的增长。
一台阿斯麦生产的极紫外光刻机。

Betty Hou、Stephen Stapczynski

■制造世界上最高级半导体的机器是当代工程学的奇迹。该机器名为极紫外光刻机,简称EUV,这个机器将硅晶圆置于人眼看不见的光波中,在晶圆表面材料上刻下精确到几纳米的图案。为创造出这种特殊光线,EUV用激光蒸发融化的锡,然后利用镜子将这些射线聚焦成更细微的波长。全球只有一家公司——荷兰的阿斯麦(ASML Holding NV)——生产这种公交车大小的设备,其成本超过1.5亿美元,由10万个独立组件构成。

EUV也恰恰说明了,让半导体变得体积更小、功能更强大且能源更高效的努力,是如何让生产过程变得更为复杂且更耗能的。每一台机器的耗电量大约为1兆瓦,是前几代设备的10倍左右。由于没有其他替代设备能制造出最高级的半导体,因此芯片业有可能是全球碳减排努力道路上最大的绊脚石。

没有哪家公司购买的EUV数量会超过全球最大的外包芯片供应商台积电。该公司目前有80多台这类机器,而且正在台湾南部台南市一家耗资200亿美元的芯片代工工厂内安装一台新一代机器。由于EUV的运行需要大量电力,因此预计台积电的耗电量很快就会超过拥有2100万人口的斯里兰卡整个国家的能耗。2020年,这家公司约占台湾整体能耗的6%。预计到2025年,该公司能耗占比将达12.5%。

除台积电外,大型存储芯片制造商美光科技(Micron Technology Inc.)也计划在其位于台中市的工厂使用至少一台EUV,台中在台北市以南大约两小时车程以外的地方。彭博行业研究分析师查理斯·岑(Charles Shum)指出,3年之内,台湾代工工厂制造的所有芯片中将有1/4需要通过EUV。

台湾桃园市中央大学的管理学讲座教授梁志远表示,除非芯片制造商开始修建自己的电厂,否则台湾的电力产能将不足以容纳其半导体业。梁教授称,台湾的应急储备,即衡量其用于应对不可预见的需求激增或中断所必需的额外电力产能,可能会在今年某个时点降至10%以下(政府认为10%的额外产能方属“足够”水平)。

芯片制造商对台湾经济而言至关重要,其他领域可能会更明显地感觉到电力竞争加剧所产生的影响。“电力短缺无疑会发生,”国际环保组织绿色和平(Greenpeace)气候能源专案主任郑楚忻表示。“台积电会耗掉台湾的大多数能源供应,这会损害其他行业。”

台积电的生产活动对环境会造成多大影响,一个关键决定因素是所有这些电力从何而来。“在那些芯片制造商使用如此高能耗设备的地方,可再生能源变得尤为关键且紧迫,”研究公司校际微电子中心(Imec)可持续项目主管拉斯-阿克·拉格纳森(Lars-Ake Ragnarsson)如此表示。然而,台湾十分依赖化石燃料。2016年,台湾政府设定目标,将通过积极修建太阳能电力及海上风能发电设施,实现到2025年20%的电力来自可再生能源。但今年7月份发布的最新能源评估报告显示,截至2021年底,来自可再生能源的电力仅占6%,为此,监管机构将2025年的目标降至了15%。

芯片制造业巨头三星电子(Samsung Electronics Co.)所在的韩国也面临类似挑战。这家公司在韩国有6家半导体工厂,占韩国2021年耗电量的3%。公司目前寻求通过为外部客户制造芯片而更多与台积电展开直接竞争,为此,三星正在考虑扩大自身对EUV的使用。该公司目前拥有的EUV数量比台积电少,不过三星并未公开透露过其EUV机器的数量。6月初,三星集团掌门人李在镕出访荷兰,与阿斯麦谈判新协议。

韩国仍有超过60%的电力来自烧煤和天然气。韩国的目标是到2030年,碳排放量比2018年低40%。为此,需要到2030年将韩国的可再生能源占比从2021年的7.5%增至远高于30%的水平。

总部位于美国的大型芯片制造商英特尔(Intel Corp.)在可再生能源方面比其亚洲同行做得要好, 部分原因在于,该公司在亚利桑那州、新墨西哥州和俄勒冈州的工厂可以使用绿色能源。2021年,公司80%的电力来自可再生能源,高于上年71%的占比。但由于使用了先进的制造技术,该公司的整体用电量也在明显增加。

放眼全球,一些表达过减排意愿的政府,打造国内半导体产能的意愿也很强烈,他们希望借此抵御供应链的冲击及地缘政治的干扰。美国近来通过了一项520亿美元的计划,准备在国内建立芯片产能,《欧洲芯片法案》(European Chips Act)中包括490亿美元的投资,用于在欧盟重振芯片行业。在上述两地,环境影响似乎都不是主要的考量。彭博新能源财经日韩研究业务主管David Kang表示:“虽然公司需要满足条件才能获得资金,但这些行动中尚还没有一项行动确定了气候相关目标。”

阿斯麦如今正在经历空前的需求。彭博行业研究的高级分析师若杉正弘(Masahiro Wakasugi)预计,尽管美国施压要求该公司停止向中国出售甚至用于制造较低级芯片的设备,但预计阿斯麦2023年的年销售额将增长超过30%至260亿美元左右。首席财务官罗杰·达森(Roger Dassen)今年4月表示,阿斯麦正在研究将2025年EUV的发货量从最初70台的目标增至90台的可能性。

或许有可能找到以更环保更可持续的方式来制造芯片,但几乎没有人想要放慢这个行业的增长。“总体来说,节奏和时间都不多了。我们有太多的事情需要解决,做这些需要时间和成本,” 校际微电子中心的拉格纳森说道。“我们的行业增长很快,如果我们不采取任何行动,我们的问题将会越来越严重。”

总之 随着半导体越来越小且越来越高效,生产半导体所需的耗能却越来越高,这阻碍了中国台湾和韩国放弃化石燃料的努力。■

 

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■ 或者,热烈空雨伴芬芳泥土;绿绿生命缠锐意骄阳。
回望,回望,一马平川红酒飘散断归途。
■ 或者,灰蒙蒙空气重回道指一万四千点。滚动时光,照进现实,流逝过往,回归未来。

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