电力黑洞:揭秘芯片产业的惊人能源消耗
来源:火狐直播app下载 发布时间:2024-12-19 18:02:17在数字化时代,微处理器已成为推动技术进步的核心。然而,这一进步背后隐藏着巨大的能源消耗问题,对环境造成了不容忽视的代价。
想象一下,全球数据中心的用电量占全球总用电量的1.5%至2%,大致相当于整个英国的耗电量。
这个数字令人震惊,也引出了一个核心问题:在全球追求绿色转型的今天,芯片产业的能源消耗和环境代价究竟有多大?
能源消耗规模半导体产业是绝对的耗电大户。据德勤报告,半导体制造厂每小时耗电量高达100兆瓦时,相当于8万多户北美家庭的用电量。随着产业规模的扩大,能源消耗也在增长。台积电EUV产线万度电以上;仅台积电就要消耗全台湾大概6%的电力。
增长趋势据IC Insights统计,2021年全球芯片市场价值约为5500亿美元,并预测到2030年全球芯片市场预计将超过1万亿美元。芯片需求的巨大缺口,也对全球半导体供应链提出结构性调整要求。
气候变化芯片制作的完整过程中的能源消耗对全球温室气体排放有显著贡献。2021年,芯片行业的二氧化碳排放量约占全球二氧化碳排放量的0.2%。随着各国政府承诺减少温室气体排放,计算机行业正试图找到用更少资源做更多事情和提升产品能效的方法。
资源消耗芯片制造需要大量的水资源,全球芯片行业2019年用水量达2,640亿加仑(约1万亿升)。生产一个2克重的计算机芯片,需要32公斤水资源,耗电3度。生产一片12英寸晶圆的耗水量约为45立方米,耗电1420度。
台湾地区台积电消耗了中国台湾超过7%的电力,用电量超过了拥有270多万人口的台北市。随着规模的逐步扩大,半导体产业能源消耗和碳排放量持续上升。预计到2025年,仅台积电一个企业就将占中国台湾整体能源消耗的12.5%。到2028年,能达到15%。
美国在美国,一家大型芯片制造商93%的能源需求由可再次生产的能源满足。然而,在三家顶级规模的芯片企业中,2022年可再次生产的能源仅占能源结构的28%,比2021年增加了五个百分点。
节能技术芯片制造商通过采用低漏电晶体管和低功耗系统,减少能源需求。这些措施有助于减少各行业终端设备和系统的能源需求,但随着制造业务逐步扩大,该行业应探究其他方法来优化资源利用和降低排放。
可再生能源使用芯片行业有两个杠杆可以拉动以减少能源消耗和相关碳足迹。首先,该行业正努力提高能源效率,但通常进展缓慢,尤其是当芯片公司采用越来越先进的制造技术来突破半导体制造的限制时更是如此。芯片行业可采取的措施包括提升除当前芯片制造工艺外其他工艺流程的能源效率和速度。
中国出台了一系列政策扶持集成电路产业,促进产业的国产化和绿色化发展。这些政策不仅包括投资支持,还包括税收、贸易、监管和反垄断等一系列手段,支持本国战略产业的发展。
鉴于芯片半导体产业的特殊性质,技术和资本密集程度高,使得在新的一轮产业竞争中,参与者的数量远远少于工业时代,目前只有欧盟、美国、韩国、日本、中国大陆和中国台湾等为数不多的参与者,仅上述国家和地区就占据了半导体产业价值链的96%(2019年),全球芯片生产能力的93%(2020年)。
集成电路技术通过新型材料和器件的颠覆性创新,使芯片算力持续提升,同时减少能源消耗。新建的现代化绿地工厂和制造转型有助于降低能源、水和工艺气体使用强度。
造半导体产品的整个生产制作的完整过程中需要消耗大量能源。在芯片的制作的完整过程中,需要用纯净水对芯片上的杂质进行冲洗,这会消耗大量的水资源。
此外,生产一颗芯片要经历许多工序,这涉及使用大量的半导体设备,并且环境须保持恒定的温度、湿度和空气洁净度等条件,这些都需要电力支持。随着芯片的产量增加与半导体工艺的进步,所需的电力也会增加,同时水资源的消耗也随之增加。
芯片产业的能源消耗对环境造成了巨大影响,但通过技术创新和政策引导,行业正朝着更绿色、更可持续的方向发展。
未来,我们应该继续推动节能技术的发展和可再次生产的能源的使用,以减少芯片制造的环境代价。
我们在享受数字技术带来的便利的同时,我们也应该关注其背后的环境成本,并采取行动支持可持续发展的技术和政策。只有这样,我们才可以确保技术进步不会以牺牲环境为代价,实现真正的绿色数字化转型。
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