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至多30%。

芯片制造是一個高度復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行光刻，再到創(chuàng)造和維護真空狀態(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，半導體制造廠每小時的耗電量高達100兆瓦時，相當于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，電力供應壓力也將日益增大。

隨著人工智能的快速發(fā)展以及應用，針對它的耗能問題也產生了諸多討論。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和卡內基梅隆大學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量的提高，所需的能耗和碳排放量也將進一步增加。耗電量背后關系到的是碳排放問題，每張圖像生成過程中產生的二氧化碳排放量在0.1至0.5克之間，異常值甚至可能達到2克二氧化碳。這意味著，生成1000張圖片所產生的排放量相當于一輛普通汽車行駛6.5公里所產生的排放量。

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100億度，占臺積電總用電量的50%以上。臺積電不斷擴充先進制程，就要一直增設光刻機，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20%，用電量超過了擁有270多萬人口的臺北市。據(jù)德勤預計到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；為了要熱處理設備和離子設備來處理芯片生產過程中產生的高溫，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到驚人的15%。

隨著全球氣候變化和能源轉型的推進，電力供應的穩(wěn)定性已經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)將直接影響工廠產量。尤其是在發(fā)展中國家，電力供應不足和不穩(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“對越南電力供應穩(wěn)定程度感到擔憂”。

在這樣的背景下，如果人工智能行業(yè)繼續(xù)以當前的能源消耗速度發(fā)展，那么電力供應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，年負載率高達80%~90%。其中，在先進制程產能部分，大概率處于滿載狀態(tài)，生產工廠的日用電曲線分布，應該是全日都維持用電尖峰。同時，隨著制程的更新，以及產量擴大，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電，南部沒有離岸風電，南科是以臺電興達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的科學園區(qū)，為了保證臺積電的生產，有關部門提供了雙保險，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認證建筑，該行業(yè)十年來一直使用該技術來提高可持續(xù)發(fā)展能力。美國LEED體系是一個國際性綠色建筑認證系統(tǒng)。

當然其中最為重要的依舊是綠色電力的應用。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，預計2024年將降至206。此外，可再生能源使用比例預計將以高于能源消耗強度降幅的速度上升：預計到2024年，可再生能源將占能源構成的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，未來非生產性的用電，到2030年要100%的綠電，但是生產性的用電只能使用25%綠電。

環(huán)保，不僅僅是省電費

隨著科技的不斷進步和全球電子市場的持續(xù)擴大，半導體產業(yè)正以前所未有的速度發(fā)展。對于半導體企業(yè)來說，提高可持續(xù)性不僅是一種社會責任，更是一種商業(yè)回報。在未來的發(fā)展中，半導體企業(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，以適應日益嚴峻的環(huán)境挑戰(zhàn)和市場需求。在當今這個日益關注環(huán)保和可持續(xù)發(fā)展的時代，半導體企業(yè)面臨著前所未有的挑戰(zhàn)和機遇。隨著全球對綠色能源和環(huán)保意識的日益增強，半導體企業(yè)在生產過程中對綠電的成分和比例受到了越來越多的關注。對于半導體公司而言，環(huán)保意識不僅僅是一種社會責任，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，半導體企業(yè)可以采取一系列措施。首先，加強技術研發(fā)和創(chuàng)新，推動綠色生產技術的研發(fā)和應用。通過研發(fā)更加環(huán)保、高效的生產技術，可以進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鏈管理體系，確保供應鏈中的每一個環(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體供應鏈的脆弱性，確保供應鏈的穩(wěn)定和安全。

在半導體產業(yè)的人才競爭中，環(huán)保同樣占據(jù)重要地位。半導體行業(yè)正面臨與其他多個行業(yè)的技術型人才爭奪，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研結果顯示，有六分之一的受訪者已經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)展在半導體產業(yè)人才招聘中的重要性不容忽視。