芯片行業(yè)，沒電了

作者：六千

近年來，人工智能行業(yè)迅速發(fā)展，芯片作為其核心組件，一直備受關(guān)注。然而，在博世互聯(lián)世界2024大會上，特斯拉CEO埃隆·馬斯克提出了一個觀點：到了2025年，困擾AI行業(yè)的可能不再是芯片的短缺，而是電力供應(yīng)的緊張。與此同時，多家媒體報道芯片代工大廠臺積電也迎來電費難題。據(jù)報道，中國臺灣考慮將臺積電電價上調(diào)至多30%。

芯片制造是一個高度復(fù)雜和能源消耗巨大的過程。從熔化硅開始，到使用大功率激光進(jìn)行光刻，再到創(chuàng)造和維護(hù)真空狀態(tài)，以及持續(xù)清潔工作，每一個環(huán)節(jié)都需要大量的電力支持。據(jù)統(tǒng)計，半導(dǎo)體制造廠每小時的耗電量高達(dá)100兆瓦時，相當(dāng)于8萬多戶北美家庭的用電量。這意味著，隨著人工智能行業(yè)對芯片需求的不斷增長，電力供應(yīng)壓力也將日益增大。

隨著人工智能的快速發(fā)展以及應(yīng)用，針對它的耗能問題也產(chǎn)生了諸多討論。人工智能有多耗電？每生成9張照片消耗的能量，就可以充滿一部手機。

人工智能開發(fā)商Hugging Face和卡內(nèi)基梅隆大學(xué)研究人員組成的團隊，利用一款名為Code Carbon的自研工具，對HuggingFace Hub上16個最受歡迎的開源模型進(jìn)行了能量消耗和碳排放數(shù)據(jù)的比較。數(shù)據(jù)顯示生成式AI每生成1000次圖像所消耗的電量在0.06至2.9千瓦時（kWh）之間，中位數(shù)接近1.35千瓦時。相比之下，為普通智能手機充電所需的能量僅為0.012千瓦時。這意味著，生成大約九張（中位數(shù)）人工智能圖像所消耗的能量，便相當(dāng)于為一部充滿電的手機提供能量。如果用戶使用效率最低的圖像生成模型，那么每生成一張圖片所消耗的能量便足以充滿一次普通智能手機，最糟糕的情況下甚至能充滿兩次。

高耗電量背后意味著碳排放的升高。

隨著模型規(guī)模的擴大和生成圖像質(zhì)量的提高，所需的能耗和碳排放量也將進(jìn)一步增加。耗電量背后關(guān)系到的是碳排放問題，每張圖像生成過程中產(chǎn)生的二氧化碳排放量在0.1至0.5克之間，異常值甚至可能達(dá)到2克二氧化碳。這意味著，生成1000張圖片所產(chǎn)生的排放量相當(dāng)于一輛普通汽車行駛6.5公里所產(chǎn)生的排放量。

人工智能在圖像生成方面的能耗和碳排放問題不容忽視。

臺積電消耗全島7%電力

讓我們進(jìn)一步看看芯片行業(yè)的耗電問題。

2020年，臺積電EUV光刻機用電量就達(dá)100億度，占臺積電總用電量的50%以上。臺積電不斷擴充先進(jìn)制程，就要一直增設(shè)光刻機，造成用電需求年年增長。

臺積電2020年用電量為160億度，約占臺電售電量的5.9%；2021年用電量快速成長至191.9億度，占臺電售電量的7.2%，用電成長率高達(dá)20%，用電量超過了擁有270多萬人口的臺北市。據(jù)德勤預(yù)計到2025年，僅臺積電一家公司就將占中國臺灣整體能源消耗的12.5%。

此外，晶圓制造需要超凈的生產(chǎn)環(huán)境，整個超凈間需要制冷和恒溫將穩(wěn)度控制在22℃左右，每天超凈間的正常運作都將消耗大量的電能；為了要熱處理設(shè)備和離子設(shè)備來處理芯片生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的高溫，這部分涉及到的功耗也極其驚人。據(jù)德勤估計，到2028年，臺積電占據(jù)中國臺灣的電量消耗可能達(dá)到驚人的15%。

隨著全球氣候變化和能源轉(zhuǎn)型的推進(jìn)，電力供應(yīng)的穩(wěn)定性已經(jīng)成為一個全球性的問題。面對如此巨大的耗電量，對于芯片行業(yè)來說最大的問題是，供電不穩(wěn)將直接影響工廠產(chǎn)量。尤其是在發(fā)展中國家，電力供應(yīng)不足和不穩(wěn)定的問題尤為突出。此前，英特爾曾擱置越南投資計劃的原因就是“對越南電力供應(yīng)穩(wěn)定程度感到擔(dān)憂”。

在這樣的背景下，如果人工智能行業(yè)繼續(xù)以當(dāng)前的能源消耗速度發(fā)展，那么電力供應(yīng)緊張的問題很可能會成為制約其發(fā)展的瓶頸。此外，電力供應(yīng)緊張還可能對人工智能行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展帶來挑戰(zhàn)。隨著人們對環(huán)保和可持續(xù)發(fā)展的日益關(guān)注，越來越多的企業(yè)和國家開始將綠色能源作為發(fā)展的重點。然而，如果人工智能行業(yè)的能源消耗持續(xù)增長，那么其對于綠色能源的需求也將不斷增加。這可能會使得綠色能源的供應(yīng)變得更為緊張，從而影響整個行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

沒有電，就沒有芯片

回到臺積電的耗電量，僅臺積電在中國臺灣的工廠消耗就如此之大，可想而知全球晶圓廠的耗電量的規(guī)模。晶圓廠的高耗電量原因有許多，當(dāng)然最直接的一點就是沒有電就造不出芯片。

更具體地去看，芯片行業(yè)對用電的要求是略微苛刻的。

在用電特性部分，臺積電需要24小時連續(xù)制程，屬全時段用電，年負(fù)載率高達(dá)80%~90%。其中，在先進(jìn)制程產(chǎn)能部分，大概率處于滿載狀態(tài)，生產(chǎn)工廠的日用電曲線分布，應(yīng)該是全日都維持用電尖峰。同時，隨著制程的更新，以及產(chǎn)量擴大，臺積電的用電量還會增加。

為了確保臺積電供電穩(wěn)定，臺電在竹科、中科及南科都有配套供電措施，竹科是有通宵電廠、離岸光電來支援；中科是臺中電廠加上離岸風(fēng)電，南部沒有離岸風(fēng)電，南科是以臺電興達(dá)電廠為主要電力來源。這個概念是臺電電廠直接對臺積電有關(guān)的科學(xué)園區(qū)，為了保證臺積電的生產(chǎn)，有關(guān)部門提供了雙保險，通過用雙回路來防范斷電意外發(fā)生，確保臺積電連續(xù)生產(chǎn)過程不受干擾。即使有意外發(fā)生，臺積電自己也有備用的發(fā)電設(shè)備。

如此高的用電量，對于芯片企業(yè)來說，其背后的低碳需求日益增長。芯片行業(yè)為了更綠色也嘗試了各種探索。芯片行業(yè)可采取的措施包括提升除當(dāng)前芯片制造工藝外其他工藝流程的能源效率和速度：例如，LEED認(rèn)證建筑，該行業(yè)十年來一直使用該技術(shù)來提高可持續(xù)發(fā)展能力。美國LEED體系是一個國際性綠色建筑認(rèn)證系統(tǒng)。

當(dāng)然其中最為重要的依舊是綠色電力的應(yīng)用。據(jù)德勤數(shù)據(jù)電可再生能源可使該行業(yè)晶圓廠的能源消耗強度（瓦時/美元）從2020年的近240降至2022年的 219，預(yù)計2024年將降至206。此外，可再生能源使用比例預(yù)計將以高于能源消耗強度降幅的速度上升：預(yù)計到2024年，可再生能源將占能源構(gòu)成的28%，是2020年的兩倍。

說到底，電力問題、能源問題都是環(huán)保議題。越來越多的企業(yè)將自己的環(huán)?！癒PI”提上臺面。英特爾于2022年4月宣布致力于實現(xiàn)溫室氣體凈零排放。（溫室氣體）排放；到2030年，將供應(yīng)鏈溫室氣體排放量與無投資及行動情況下的排放量相比減少30%；同時提高能源效率，降低我們產(chǎn)品和平臺的碳足跡。臺積電在CSR(永續(xù))報告中表示，未來非生產(chǎn)性的用電，到2030年要100%的綠電，但是生產(chǎn)性的用電只能使用25%綠電。

環(huán)保，不僅僅是省電費

隨著科技的不斷進(jìn)步和全球電子市場的持續(xù)擴大，半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)正以前所未有的速度發(fā)展。對于半導(dǎo)體企業(yè)來說，提高可持續(xù)性不僅是一種社會責(zé)任，更是一種商業(yè)回報。在未來的發(fā)展中，半導(dǎo)體企業(yè)需要不斷加強在環(huán)保和可持續(xù)發(fā)展方面的投入和創(chuàng)新，以適應(yīng)日益嚴(yán)峻的環(huán)境挑戰(zhàn)和市場需求。在當(dāng)今這個日益關(guān)注環(huán)保和可持續(xù)發(fā)展的時代，半導(dǎo)體企業(yè)面臨著前所未有的挑戰(zhàn)和機遇。隨著全球?qū)G色能源和環(huán)保意識的日益增強，半導(dǎo)體企業(yè)在生產(chǎn)過程中對綠電的成分和比例受到了越來越多的關(guān)注。對于半導(dǎo)體公司而言，環(huán)保意識不僅僅是一種社會責(zé)任，更是一種商業(yè)回報。提高可持續(xù)性不僅有助于企業(yè)的長期發(fā)展，還能帶來諸多實際利益。

為了實現(xiàn)這一目標(biāo)，半導(dǎo)體企業(yè)可以采取一系列措施。首先，加強技術(shù)研發(fā)和創(chuàng)新，推動綠色生產(chǎn)技術(shù)的研發(fā)和應(yīng)用。通過研發(fā)更加環(huán)保、高效的生產(chǎn)技術(shù)，可以進(jìn)一步降低能源消耗和減少環(huán)境污染。其次，建立完善的綠色供應(yīng)鏈管理體系，確保供應(yīng)鏈中的每一個環(huán)節(jié)都符合環(huán)保和可持續(xù)發(fā)展的要求。此外，加強員工培訓(xùn)和意識提升，培養(yǎng)一支具備環(huán)保意識和可持續(xù)發(fā)展理念的團隊，也是至關(guān)重要的。

通過降低能源消耗和減少廢物排放，企業(yè)可以顯著降低生產(chǎn)成本。其次，隨著社會對環(huán)保意識的提高，提高可持續(xù)性有助于半導(dǎo)體公司吸引和留住人才，同時也能贏得更多消費者的信任和支持。此外，提高可持續(xù)性還有助于降低半導(dǎo)體供應(yīng)鏈的脆弱性，確保供應(yīng)鏈的穩(wěn)定和安全。

在半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的人才競爭中，環(huán)保同樣占據(jù)重要地位。半導(dǎo)體行業(yè)正面臨與其他多個行業(yè)的技術(shù)型人才爭奪，因此保持優(yōu)良的環(huán)保記錄顯得尤為重要。特別是在吸引年輕員工方面，具備良好可持續(xù)發(fā)展記錄的公司更具吸引力。根據(jù)德勤2023年對Z世代和千禧一代的調(diào)研結(jié)果顯示，有六分之一的受訪者已經(jīng)因氣候問題更換工作或行業(yè)，而另有四分之一的受訪者計劃在未來這樣做。這一趨勢表明，環(huán)保和可持續(xù)發(fā)展在半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)人才招聘中的重要性不容忽視。