本文來(lái)自微信公眾號(hào)“半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)縱橫”，作者/米樂(lè)。
之前臺(tái)積電創(chuàng)始人張忠謀說(shuō)過(guò)，美國(guó)想重新在本土建立完整的半導(dǎo)體供應(yīng)鏈，“是個(gè)不可能的任務(wù)”。更是直言，臺(tái)積電赴美建廠是“在美國(guó)政府的敦促下這樣做的”。赴美建廠并不是臺(tái)積電的本意，好像這是身不由己的選擇。
但是本土建廠難這個(gè)道理美國(guó)人是不知道呢，還是不相信呢？無(wú)獨(dú)有偶，歐盟也出臺(tái)了芯片法案，希望給予恩智浦、博世、意法半導(dǎo)體、英飛凌等本土大的芯片企業(yè)提供補(bǔ)貼，鼓勵(lì)“本土建廠”，極力拉攏三星、臺(tái)積電、英特爾來(lái)歐洲建廠……
除了工廠，據(jù)分析自2022年11月30日上線以來(lái)，運(yùn)行僅60天，ChatGPT的碳排放就超過(guò)了800噸二氧化碳。在這個(gè)過(guò)程中主要的碳排放在于AI模型的訓(xùn)練，這種訓(xùn)練依賴的是大量的處理器運(yùn)算。那么怎樣在處理器運(yùn)算端減少碳排放，構(gòu)建碳中和的可持續(xù)未來(lái)呢？
3月29日，在論壇上，Graphcore大中華區(qū)總裁盧濤也提到了怎樣通過(guò)新型的處理器架構(gòu)——IPU來(lái)加快運(yùn)算速度，提升每瓦效能，減少碳排放。因此，有一個(gè)問(wèn)題，大模型帶來(lái)的能源消耗是不是可持續(xù)的？
一座芯片工廠到底可以帶來(lái)什么？是“一本萬(wàn)利”嗎？
01
給足“在岸”安全感
美國(guó)鼓勵(lì)在地建廠的目的在拜登的演講中說(shuō)的很清楚了，“美國(guó)發(fā)明了半導(dǎo)體。三十多年前，美國(guó)占全球芯片產(chǎn)量的40%。后來(lái)，我們的經(jīng)濟(jì)支柱——制造業(yè)被掏空，半導(dǎo)體制造走向海外。如今，這項(xiàng)法律將半導(dǎo)體制造帶回了美國(guó)……在未來(lái)幾十年中，我們將再次引領(lǐng)世界。”靠芯片工廠，怎么引領(lǐng)世界？
半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈完善
盡管美市場(chǎng)人士預(yù)計(jì)，芯片法案所提供的500多億美元資金僅能基本滿足英特爾、三星和臺(tái)積電的工廠建設(shè)，無(wú)法支持從上游至下游的整體產(chǎn)業(yè)鏈。其中一些關(guān)鍵的中小企業(yè)無(wú)法得到美“芯片法案”支持，所以也不會(huì)轉(zhuǎn)移其布局。同時(shí)，美國(guó)明顯低估了半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈轉(zhuǎn)移所需的人才、勞動(dòng)力、物流、能源等必要支撐因素，美國(guó)在上述領(lǐng)域均存在顯著不足，面臨供需失調(diào)的矛盾。但是促進(jìn)本土建廠是當(dāng)今地緣政治尖銳環(huán)境下的選擇。
建設(shè)芯片生產(chǎn)，促進(jìn)供應(yīng)鏈本土化，帶動(dòng)封裝、晶圓廠、封測(cè)、原材料等產(chǎn)業(yè)鏈下游向美國(guó)回流，逆轉(zhuǎn)美國(guó)芯片產(chǎn)業(yè)重研發(fā)輕制造的局面，這將在美國(guó)本土創(chuàng)造更多的工作崗位，其中包括大量的半導(dǎo)體行業(yè)高端崗位。同時(shí)，產(chǎn)業(yè)本土化也是是一份應(yīng)對(duì)芯片供應(yīng)鏈危機(jī)的額外保險(xiǎn)。芯片與傳統(tǒng)制造業(yè)之間的關(guān)系正變得更加緊密，此前，全球的“芯片荒”曾讓汽車(chē)、電器等傳統(tǒng)制造業(yè)產(chǎn)能?chē)?yán)重受限。本土化的芯片生產(chǎn)有助于提供穩(wěn)定的半導(dǎo)體供應(yīng)。
實(shí)際上，將供應(yīng)鏈分散在在盟國(guó)和友好國(guó)家，共享生產(chǎn)、儲(chǔ)存、制造能力，也有助于美國(guó)發(fā)展優(yōu)勢(shì)產(chǎn)業(yè)，節(jié)約成本，提高綜合競(jìng)爭(zhēng)力，并與盟國(guó)保持更友好與緊密的關(guān)系。
解決就業(yè)，人才回流
近日華爾街日?qǐng)?bào)報(bào)道，美光計(jì)劃在美國(guó)紐約州雪城郊區(qū)投資1000億美元打造半導(dǎo)體制造園區(qū)，2024年起開(kāi)始動(dòng)工興建，2045年完成所有建設(shè)后預(yù)計(jì)將有9000名員工。雪城從2970年代開(kāi)始隨著制造公司的離開(kāi)，經(jīng)歷了人口下降。已離開(kāi)的主要制造商有通用汽車(chē)、聯(lián)合化學(xué)和開(kāi)利。
現(xiàn)在美光決定在雪城建廠，這極大的促進(jìn)了雪城人才的培養(yǎng)和回流。雪城大學(xué)副校長(zhǎng)說(shuō)：“離岸的不僅僅是制造業(yè)，還有離岸的人才渠道。我們必須在兩三年內(nèi)重塑未來(lái)十年的勞動(dòng)力發(fā)展。”雪城周?chē)娜瞬艓?kù)不足以填補(bǔ)數(shù)千個(gè)高度專(zhuān)業(yè)化的新工作崗位，但是可以讓地方開(kāi)始重視這點(diǎn)。
美光首席人力資源官April Arnzen表示，公司計(jì)劃通過(guò)投資當(dāng)?shù)嘏嘤?xùn)中心并向?qū)W校提供1000萬(wàn)美元來(lái)加強(qiáng)其科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)課程，從而建立人才梯隊(duì)。她說(shuō)，美光還與當(dāng)?shù)厣鐓^(qū)學(xué)院和大學(xué)合作，以確保他們的畢業(yè)生準(zhǔn)備為公司工作。
3月17日，有消息稱英特爾計(jì)劃在未來(lái)十年內(nèi)投資高達(dá)800億歐元來(lái)建立歐洲的半導(dǎo)體芯片供應(yīng)鏈。“這一廣泛的舉措將推動(dòng)歐洲的研發(fā)創(chuàng)新，并為該地區(qū)帶來(lái)領(lǐng)先的制造業(yè)，”英特爾首席執(zhí)行官帕特·基辛格在新聞中表示。根據(jù)德媒報(bào)道，英特爾在德國(guó)建廠的決定直接讓薩安州新創(chuàng)造出1000多個(gè)直接就業(yè)崗位。由此可見(jiàn)，未來(lái)芯片企業(yè)勢(shì)必出現(xiàn)大量的人才缺口，所以很多人才有機(jī)會(huì)快速進(jìn)入相對(duì)要求高的產(chǎn)業(yè)鏈前端去工作，例如芯片設(shè)計(jì)等。
雖然建立芯片工廠是一個(gè)漫長(zhǎng)的過(guò)程，吸引新工廠所需的人才不是一蹴而就的。但是不可否認(rèn)，就像臺(tái)積電在美建廠也會(huì)輸送臺(tái)灣省人才過(guò)去一樣，一座芯片廠確實(shí)會(huì)帶動(dòng)本土的人才回流，解決就業(yè)問(wèn)題，最根本的是帶動(dòng)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。
02
國(guó)家的命脈是芯片，但我的是打漁
如果發(fā)展芯片工廠百利而無(wú)一害，那么這些資本主義國(guó)家一開(kāi)始就不會(huì)讓芯片工廠外流。“高科技，高污染”似乎是揭開(kāi)謎底的答案。
半導(dǎo)體工業(yè)是能源、水、化學(xué)品和原材料的資源密集型產(chǎn)業(yè)。在制造過(guò)程中，會(huì)產(chǎn)生不同種類(lèi)的排放物，包括像二氧化碳和含氟化合物這類(lèi)的溫室氣體。半導(dǎo)體繁復(fù)的制程導(dǎo)致了半導(dǎo)體制造工業(yè)的特殊性,其生產(chǎn)線所產(chǎn)生的廢棄物如不妥善處理,將對(duì)外圍自然環(huán)境造成難以挽回的負(fù)面影響。
隨著全球?qū)栊酒耐⑿枨?，從智能手機(jī)、平板、新能源汽車(chē)與智能家具等各種產(chǎn)品中都需要硅芯片。但現(xiàn)在的半導(dǎo)體行業(yè)出現(xiàn)了一個(gè)悖論：全球環(huán)保目標(biāo)需要依靠半導(dǎo)體實(shí)現(xiàn)，但芯片本身的制造卻造成了環(huán)境污染。
在韓國(guó)三星和SK海力士等芯片巨頭擴(kuò)大生產(chǎn)的平澤地區(qū)，居住在那里的漁民說(shuō)：“生活不是只有半導(dǎo)體，我的生活命脈是打漁”。
半導(dǎo)體產(chǎn)品在制造過(guò)程中需要依賴大量的水源，尤其是半導(dǎo)體制造要使用超純水（Ultrapure water），而制作超純水的過(guò)程要使用幾倍的自來(lái)水，用水量相當(dāng)驚人。半導(dǎo)體生產(chǎn)到底需要多少水？數(shù)據(jù)顯示，在產(chǎn)能在4萬(wàn)片每月的200mm晶圓廠中，一天用水量約為8000到10000噸，其中70%是用來(lái)生成超純水。但是到16nm、7nm工藝，同樣產(chǎn)能為4萬(wàn)片的12英寸晶圓廠，每天用水量大概是20000噸。
平澤環(huán)境行動(dòng)聯(lián)合代表Kim Hoon說(shuō)：“我看著成噸的水源源不斷地流入我們的溪流，我無(wú)法理解為什么允許這種情況持續(xù)下去，”考慮到巨大的商業(yè)和戰(zhàn)略利益，平澤地方當(dāng)局壓倒性地支持建廠。平澤市當(dāng)?shù)卣畬?duì)三星在該市不斷增長(zhǎng)的投資表示歡迎，鄭長(zhǎng)善市長(zhǎng)承諾合作，讓半導(dǎo)體“作為平澤工業(yè)未來(lái)的核心而蓬勃發(fā)展”。
但韓國(guó)半導(dǎo)體繁榮的環(huán)境成本相當(dāng)可觀。在韓國(guó)，投資集中在該國(guó)中部地區(qū)，橫跨河流和湖泊景觀，為人口稠密的首都地區(qū)提供大部分飲用水。工業(yè)中心還橫跨該地山脈，山脈像脊柱一樣沿著朝鮮半島向上延伸，是野生動(dòng)物的棲息地。行業(yè)的發(fā)展速度往往比監(jiān)管它的法律發(fā)展得更快，而且在一個(gè)經(jīng)濟(jì)越來(lái)越依賴于少數(shù)擁有尖端技術(shù)才能繁榮的大公司的國(guó)家，像Kim這樣的當(dāng)?shù)厝说穆曇舯谎蜎](méi)了。在三星工廠周?chē)霓r(nóng)田里，很多燈柱上都掛著歡迎擴(kuò)大半導(dǎo)體生產(chǎn)的橫幅，歡呼三星的進(jìn)駐將為該地區(qū)帶來(lái)繁榮。
韓國(guó)平澤古德工業(yè)園區(qū)的廢水在溪流中冒出蒸汽。當(dāng)?shù)厝藫?dān)心垃圾會(huì)擾亂生態(tài)系統(tǒng)。
縱觀韓國(guó)的歷史，私營(yíng)公司和政府一直在合作，以使自然環(huán)境符合工業(yè)的意愿。國(guó)家開(kāi)山、改道、整村搬遷，為發(fā)展讓路。
中國(guó)半導(dǎo)體行業(yè)協(xié)會(huì)副理事長(zhǎng)、集成電路分會(huì)理事長(zhǎng)葉甜春表示:“目前中國(guó)制造業(yè)全球規(guī)模最大，作為世界工廠，大量能源被消耗，每個(gè)環(huán)節(jié)都有加強(qiáng)資源管理的空間。”
我國(guó)接連發(fā)布了兩份與“雙碳”相關(guān)的文件，指明了未來(lái)綠色低碳發(fā)展方向，即二氧化碳排放力爭(zhēng)于2030年達(dá)到峰值，并努力爭(zhēng)取2060年實(shí)現(xiàn)碳中和。這一目標(biāo)需要包括半導(dǎo)體企業(yè)在內(nèi)的所有行業(yè)共同努力。
第三代半導(dǎo)體是藥方？
“碳中和”趨勢(shì)浪潮下，以GaN、SiC為代表的第三代半導(dǎo)體具備耐高溫、耐高壓、高頻率、大功率等優(yōu)勢(shì)，相比硅器件可降低50%以上的能量損失，并減小75%以上的裝備體積，是助力社會(huì)節(jié)能減排并實(shí)現(xiàn)“碳中和”目標(biāo)的重要發(fā)展方向。
以光伏逆變器為例，由于對(duì)功率半導(dǎo)體器件性能、指標(biāo)和可靠性要求日益提高，更高的工作電壓、更大的工作電流、更高的功率密度以及更高的工作溫度都將是未來(lái)的挑戰(zhàn)。隨著行業(yè)邁入“后1500V”以及“20A大電流”時(shí)代，要建成更大組串，進(jìn)一步降低成本，采用寬禁帶半導(dǎo)體即GaN和SiC，成為太陽(yáng)能逆變器的制勝之道。
具有GaN和SiC隔離器的電力電子設(shè)備可將太陽(yáng)能微逆變器和串式逆變器的效率提升到98%以上，并且在微型逆變器領(lǐng)域可在不增加電力成本的基礎(chǔ)上具有最大的價(jià)格溢價(jià)能力。因此SiC模塊已得到英飛凌、安森美、富士電機(jī)等國(guó)際大廠的規(guī)?；瘧?yīng)用。當(dāng)前國(guó)內(nèi)碳化硅全產(chǎn)業(yè)鏈也正在快速突破，斯達(dá)半導(dǎo)、新潔能、聞泰科技、露笑科技等公司新成果頻現(xiàn)，全球碳化硅市場(chǎng)規(guī)模正在快速成長(zhǎng)。
