衛報報導，蓬勃發展的半導體產業遇到一個矛盾的問題，要實現全球氣候目標，部份要靠半導體，因為它是電動汽車、太陽能電池陣列和風機不可或缺的一部分。但晶片製造也助長了氣候危機，需要大量的能源和水。晶片製造廠或晶圓廠每天要使用數百萬加侖的水，並且會產生危險廢棄物。
綠色和平：台積電一家公司就佔台灣電力近5%
隨著半導體產業發現自己愈來愈受到關注，該產業開始應對其氣候影響。蘋果的最大晶片製造商台積電本月16日承諾到2050年實現淨零排放。台積電董事長劉德音表示，「要擴大我們的環境影響力，推動產業走向低碳永續發展。」
但半導體製造業的脫碳是個巨大挑戰。根據綠色和平組織的資料，台積電一間公司使用了台灣全部電力的近5%，2022年預計將上升至7.2%，2019年使用約6300萬噸水。今年台灣發生該國半世紀以來最嚴重乾旱，台積電的用水量成為熱門話題，引發晶片製造商與農民搶水的爭議。
在美國，英特爾的亞利桑那州奧科蒂洛廠今年前三個月產生了近1萬5000噸廢物，其中約60%是危險性廢棄物。這座佔地700英畝的廠房還消耗了9.27億加侖的淡水，足以填滿約1400個奧林匹克游泳池，並消耗了5.61億度電。
哈佛大學研究員古塔（Udit Gupta）等人在2020年的一篇論文中寫道，晶片製造「佔了電子設備的大部分碳輸出」，而非能源消耗或硬體使用。
美國、歐盟目標提升晶片產量 恐增加碳足跡
疫情大流行、電子產品需求增加以及COVID-19爆發導致晶圓廠關閉，全球高階晶片短缺增加了各界對該產業的關注。
在緊張的市場中，汽車製造商發現自己在等待晶片的隊伍中，遠遠落後於蘋果等規模更大的半導體客戶。通用汽車本月停止了北美幾家工廠的生產，而豐田則表示將在9月份將其汽車產量削減40%。
為了增加產量，許多國家正在啟動大型計畫推進晶圓產業的發展。美國晶片法案提議在五年內為美國半導體業提供520億美元的資金。歐盟也提出自己的法案，要在2030年將自己的全球晶片市佔提高到20%。歐盟執委會主席馮德萊恩上週在歐盟國情咨文中稱其為「技術主權問題」。
這些目標與國際氣候目標是有潛在衝突的。歐盟和美國的目標是2030年達成50%淨零碳排放，2050年完全實現淨零。但隨著半導體產業的發展，其碳足跡也將愈來愈高。
不過，投資人和電子製造商對客戶也有綠化供應鏈的壓力，半導體因此一直在擴大行動以因應其氣候足跡。
轉向乾淨電力 台積電簽下企業最大再生能源採購案
安森美半導體首席設計工程師達斯古塔（Sohini Dasgupta）表示：「最近我們對環境的影響成為關注焦點。」兩年前，該產業在這個議題上還不上不下，「永續性很重要，但我們不知道如何處理它」。但現在她看到了變化：「每天這個議題都會出現在我們的電子信箱中，我們公司在做什麼，其他公司在做什麼。」
Bernstein投資公司半導體分析師李馬克（Mark Li，暫譯）表示，道德投資的興起有所幫助。基金經理開始推銷「綠色基金」，投資人對企業的環境、社會和治理（environmental, social, and governance, ESG）影響提出更多問題。「過去三年，ESG 投資聲量比過去大了很多⋯⋯這最終會改變公司的行為。」
再生能源的發展正在幫助晶片製造商減少碳足跡。英特爾承諾2030年100%使用再生能源，台積電則是2050年。
台積電發言人高孟華表示，能源消耗佔台積電排放量的62%。該公司去年與丹麥能源公司沃旭簽署了一項為期20年的協議，購買沃旭在台灣海峽建造的920兆瓦海上風電場的所有能源。
Wood Mackenzie能源顧問公司再生能源分析師巴爾拉（Shashi Barla）表示，這筆交易可說是全球最大的企業再生能源採購協議，除了保證乾淨電力供應外，還用批發價購電，擺脫價格衝擊，「一石二鳥」。
麻省理工學院電子工程和計算機科學教授方史塔（Clifton Fonstad）表示，台積電的行動可能影響整個產業，鼓勵其他製造商效仿。
提高晶圓廠效率 業者減碳多管齊下
貝恩顧問公司（Bain & Company）半導體製造專家漢伯里（Peter Hanbury）表示，除了轉向再生能源，晶片製造商還可以提高晶圓廠的效率。他說，晶圓廠基本上是一個「內部有無塵室的巨大倉庫」，要減少排放，最簡單的部分是從設施本身下手。
晶圓廠可以更有效地調節空氣和水溫、濕度和壓力。他們可以對倉庫進行分段，有的生產線的壓力較高，有的生產線的壓力較低，比將整個倉庫維持高壓更省能源。
康乃爾大學從事半導體材料研究的工程學教授辛惠里說，晶圓廠可以採集更多資料，並利用機器學習讓工具在沒使用時關閉。
相關創新還包括解決半導體製程中高污染材料的問題。晶片在生產過程中會使用許多氣體，其中許多對氣候產生重大影響。
台積電表示，廠內已經安裝了洗滌器和其他設施來處理氣體排放。索爾維特殊化學品公司（Solvay Special Chemicals）從事半導體氣體研究的化學工程師皮特羅夫（Michael Pittroff）說，另一種方法是換掉最高污染的清潔用氣體。這些氣體是用來清潔半導體製程中的精密工具。
皮特羅夫說，他的團隊過去六年在大約六家晶片製造商客戶進行工業測試，用相對比較低污染的氟取代較高污染的氣體，降低全球暖化的影響。
專家預測：對抗氣侯危機 業者將開始修改晶片製程
其他公司把目標放在蝕刻晶片和清潔矽表面的氣體。例如，巴黎工業氣體公司Air Liquide已經推出一系列對全球暖化影響較小的替代蝕刻氣體。
但更換氣體將是一個挑戰：一旦晶圓廠開始運作，任何接觸矽的物質，包括蝕刻氣體，都很難換，漢伯里說。蝕刻過程高度精密，晶圓廠要在郵票大小的晶圓上完美放置多達1億個晶體管。漢伯里說，晶圓廠需要四到五年的時間來開發一個配方，「一旦開發出來，不會想改變的。」
有些專家認為，晶片製造商將開始修改他們的製程以引入更環保的氣體。「如果台積電換了，我相信其他家也會，」方史塔說，「如果台積電不這樣做，其他製造商可能會轉而主張他們比台積電更好。」
有些晶片業觀察家認為，這個產業似乎是認真要減碳。李馬克說，目前對晶片的巨大需求會幫助半導體產業實現永續發展目標。「他們的利潤很高，賺了很多錢。因此，即使所有這些綠色減排措施都有成本，但他們負擔得起。而且愈來愈多的客戶願意為更環保的設備支付更高費用。」李馬克說。
參考資料
- 衛報（2021年9月18日），The computer chip industry has a dirty climate secret
