那些希望在亞利桑那州擴(kuò)張的主要半導(dǎo)體制造商可能會(huì)因西南地區(qū)前所未有的缺水而導(dǎo)致斷水，至少目前如此。事實(shí)上，為了結(jié)束另一種短缺——全球半導(dǎo)體芯片短缺——英特爾和臺(tái)積電都計(jì)劃在亞利桑那州開設(shè)新工廠。但他們做出這個(gè)決定的時(shí)候，恰逢美國西部幾十年來最嚴(yán)重的干旱之一，且事情正在變得更糟。

聯(lián)邦當(dāng)局本周首次正式宣布科羅拉多河出現(xiàn)水資源短缺，這將導(dǎo)致多個(gè)州和墨西哥從 2022 年 1 月 1 日起停水。短缺發(fā)生在美國最大的水庫胡佛水壩的米德湖和亞利桑那州的巨大水源。

制造半導(dǎo)體的工廠或“晶圓廠”需要大量的水

該州的工業(yè)在 2019 年消耗了亞利桑那州 6% 的水，但隨著芯片制造商和其他制造商的進(jìn)駐，這一比例可能會(huì)增加。3 月，英特爾宣布將斥資 200 億美元在亞利桑那州錢德勒建立兩家新的半導(dǎo)體工廠，這是一項(xiàng)擴(kuò)張現(xiàn)有園區(qū)的計(jì)劃。

亞利桑那州對英特爾的運(yùn)營“至關(guān)重要”

去年，該公司承諾到 2030 年將恢復(fù)和返回比其使用量更多的淡水。它正在接近亞利桑那州的基準(zhǔn)，英特爾表示它在那里清理并返回了 2020 年使用淡水的 95%。它在錢德勒的 Ocotillo 園區(qū)擁有自己的水處理廠，類似于市政工廠。還有一個(gè)“鹽水減少設(shè)施”，這是與錢德勒市的公私合作伙伴關(guān)系，每天可以將 250 萬加侖的英特爾廢水恢復(fù)到飲用標(biāo)準(zhǔn)。英特爾再次使用部分處理過的水，其余部分則用于補(bǔ)充地下水源或供周邊社區(qū)使用。

雖然英特爾回收了大部分水，但更多的晶圓廠意味著它需要通過其系統(tǒng)輸送更多的水。該公司表示，亞利桑那州對英特爾的運(yùn)營來說已經(jīng)“至關(guān)重要”了 40 多年。該州已經(jīng)擁有第一個(gè)“大型工廠網(wǎng)絡(luò)”和最新的半導(dǎo)體工廠。根據(jù)其最新的企業(yè)責(zé)任報(bào)告，英特爾在 2020 年在亞利桑那州使用了超過 52 億加侖的水——其中大約 20% 是再生水。

英特爾在一封電子郵件中對The Verge表示：“我們不斷尋找機(jī)會(huì)最大限度地減少我們的水用量，即使我們繼續(xù)發(fā)展，我們也將繼續(xù)在水資源保護(hù)和恢復(fù)方面進(jìn)行投資?！?

芯片制造巨頭臺(tái)積電也將目光投向了亞利桑那州。2020 年 5 月，該公司宣布計(jì)劃在鳳凰城附近建造一座耗資 120 億美元的新晶圓廠，這將是它在亞利桑那州的第一家和美國的第二家（第一家在華盛頓州）工廠。據(jù)路透社今年早些時(shí)候報(bào)道，臺(tái)積電可能計(jì)劃在未來 10 至 15 年內(nèi)在亞利桑那州建造多達(dá) 6 座新晶圓廠。

臺(tái)積電在給The Verge的一封電子郵件中表示，目前預(yù)計(jì)水資源短缺不會(huì)對其在亞利桑那州建造新晶圓廠的計(jì)劃產(chǎn)生“任何影響”，他們也表示，公司將“繼續(xù)密切監(jiān)視供水情況” ?！?

臺(tái)積電的大部分晶圓廠都在臺(tái)灣，今年早些時(shí)候，50 多年來最嚴(yán)重的干旱威脅到本已緊張的芯片供應(yīng)鏈。據(jù)日經(jīng)亞洲4 月報(bào)道，臺(tái)積電計(jì)劃今年在臺(tái)灣完成一座新水處理廠的建設(shè) ，最終可以回收足夠的水來滿足公司一半的日常需求。

預(yù)計(jì)未來將面臨一些艱難的選擇

雖然臺(tái)灣仍然主導(dǎo)著半導(dǎo)體制造業(yè)，但亞利桑那州正在成為一個(gè)新的樞紐。拜登政府優(yōu)先考慮建立國內(nèi)半導(dǎo)體芯片供應(yīng)，因?yàn)槟壳暗亩倘庇绊懙綇钠嚨绞謾C(jī)和游戲機(jī)的所有領(lǐng)域。另外兩家公司 NXP 和 Microchip Inc. 在該州也設(shè)有晶圓廠。恩智浦沒有立即回應(yīng)The Verge 的置評請求， Microchip 拒絕置評。

亞利桑那州是出了名的干旱，這使得它依賴于與其他州的水資源共享協(xié)議。亞利桑那州 38% 的水來自科羅拉多河，隨著河流的水位越來越低，預(yù)計(jì)該州未來將面臨一些艱難的選擇。該州自 1994 年以來一直處于干旱狀態(tài)，氣候變化使情況變得更糟。據(jù)美國干旱監(jiān)測機(jī)構(gòu)稱，現(xiàn)在，亞利桑那州的絕大多數(shù)地區(qū)面臨“嚴(yán)重”干旱。

水將成為半導(dǎo)體的重要問題

每個(gè)人都知道將水灑在手機(jī)上是個(gè)壞主意，但您知道生產(chǎn)一部手機(jī)需要3,000多加侖的水嗎？開采金屬、制造用于組裝和封裝的膠水和塑料以及稀釋整個(gè)過程中使用的廢水都需要水。這個(gè)數(shù)量是中國人均日用水量的10倍。

半導(dǎo)體，即為我們所有的電子設(shè)備（包括您的手機(jī)）供電的稱為芯片的微型電路，尤其需要用到它。每塊 30 厘米長的集成電路板在您的手機(jī)中安裝芯片至少需要2,000 加侖的 水才能生產(chǎn)。這是因?yàn)槊總€(gè)芯片都需要用超純水 (UPW) 沖洗 - 純水被認(rèn)為是工業(yè)溶劑 - 以去除制造過程中的碎屑（離子、顆粒、二氧化硅等）并防止芯片受到污染. 制造 1,000 加侖的 UPW需要1,400-1,600 加侖的自來水。

雖然中國僅占半導(dǎo)體銷售額的7.6%，但其計(jì)劃在該領(lǐng)域的大規(guī)模投資（2014 年至 2030 年為 1500 億美元）引起了人們對“人造衛(wèi)星時(shí)刻”的擔(dān)憂，即中國實(shí)現(xiàn)技術(shù)偉大的決心。盡管資金激增，但水資源供應(yīng)仍然是一個(gè)重要的制約因素，因?yàn)榘雽?dǎo)體生產(chǎn)需要大量的水資源，而中國缺乏這一點(diǎn)，尤其是在芯片制造集中的地區(qū)。

中國的風(fēng)險(xiǎn)

盡管如此，即使在 2014 年國家集成電路計(jì)劃下投入了 1500 億美元，中國在生產(chǎn)手機(jī)、筆記本電腦和其他高科技產(chǎn)品所需的高端芯片方面仍面臨重大技術(shù)障礙。專家預(yù)計(jì)中國的成功喜憂參半——中國公司將在某些領(lǐng)域落后，例如尖端的代工工藝技術(shù)和材料，不過在外包組裝和測試 (OSAT) 和芯片設(shè)計(jì)方面實(shí)現(xiàn)競爭力。

全球風(fēng)險(xiǎn)

直到 2021 年臺(tái)灣干旱凸顯了全球半導(dǎo)體供應(yīng)鏈水資源供應(yīng)的重要性，中國半導(dǎo)體政策的全球風(fēng)險(xiǎn)集中在國家安全后果、中國制定全球技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的努力、中國在全球供應(yīng)鏈中的作用以及跨該部門的海峽緊張局勢。 國家安全：美國認(rèn)為中國成為半導(dǎo)體行業(yè)的主要參與者會(huì)帶來國家安全風(fēng)險(xiǎn)。隨后美國進(jìn)行了一些列黑名單操作。盡管為了擴(kuò)大對中國半導(dǎo)體公司的限制，拜登政府一直專注于提高美國的國內(nèi)能力。2021 年 6 月 8 日，美國參議院通過了《美國創(chuàng)新與競爭法案》，為國內(nèi)半導(dǎo)體發(fā)展撥款 500 億美元的緊急資金，拜登稱這對美國在“21 世紀(jì)的競爭”中保持領(lǐng)先優(yōu)勢至關(guān)重要。

標(biāo)準(zhǔn)：美國一直在向盟國和合作伙伴施壓，不要使用華為技術(shù)。這在一定程度上說明了對國家安全可能會(huì)受到損害的擔(dān)憂，但也關(guān)系到華為為 5G 技術(shù)制定全球技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的不斷努力。迄今為止，美國和歐洲的公司憑借其提供的市場份額以及對商業(yè)需求的響應(yīng)引領(lǐng)了這一進(jìn)程。在其2020 年 12 月的年度報(bào)告中?，美國安全與經(jīng)濟(jì)審查委員會(huì)詳細(xì)說明了中國在塑造全球技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)方面的努力如何反映了中國政府支持的產(chǎn)業(yè)政策，即在外部市場上為中國公司提供特權(quán)，同時(shí)限制國內(nèi)準(zhǔn)入并支持專制規(guī)范。 供應(yīng)鏈：來自多個(gè)國家和多個(gè)世界地區(qū)的公司參與了設(shè)計(jì)和生產(chǎn)過程。擾亂半導(dǎo)體行業(yè)的全球化供應(yīng)鏈存在經(jīng)濟(jì)風(fēng)險(xiǎn)。 出于這個(gè)原因，隨著國際公司爭先恐后地取代中芯國際成為供應(yīng)商，特朗普政府對中國公司采取的行動(dòng)導(dǎo)致半導(dǎo)體和汽車等需要半導(dǎo)體的產(chǎn)品短缺。在2021年4月研究半導(dǎo)體行業(yè)協(xié)會(huì)的結(jié)論是，建立完全自給自足的本地供應(yīng)鏈需要花費(fèi)1萬億美元，這可能會(huì)使半導(dǎo)體成本增加65%。一些行業(yè)專家建議采取更謹(jǐn)慎的方法來解決供應(yīng)鏈中最重要的漏洞，例如美國制造業(yè)的份額從 1990 年的 37%下降到今天的12%，而其他人則建議采取更全面的努力填補(bǔ)美國在整個(gè)生產(chǎn)過程中的空白，包括創(chuàng)新、設(shè)備和封裝。 中國臺(tái)灣：由于臺(tái)灣在世界最先進(jìn)半導(dǎo)體制造中的核心作用，臺(tái)灣面臨多重壓力。2020年，臺(tái)積電（TSMC）占全球半導(dǎo)體代工市場的55.6%，生產(chǎn)了全球92%的尖端芯片。為響應(yīng)美國對華為的新規(guī)定，臺(tái)積電暫停了該公司的新訂單，該公司是其僅次于蘋果的第二大客戶，占其年收入的 20%。臺(tái)積電還同意在亞利桑那州建廠。

除了所有這些擔(dān)憂之外，2021 年春季，通常多雨的亞熱帶臺(tái)灣發(fā)生了 56 年來最嚴(yán)重的干旱，威脅著全球半導(dǎo)體的生產(chǎn)。干旱推遲了生產(chǎn)并導(dǎo)致芯片短缺。半導(dǎo)體生產(chǎn)商被迫配給水并用卡車運(yùn)進(jìn)來。由于擔(dān)心未來氣候變化會(huì)減少降雨量，臺(tái)積電正在建造一座能夠重復(fù)利用工業(yè)用水的新工廠，而其他生產(chǎn)商正在挖掘自己的水井。 最重要的是，臺(tái)灣 2021 年的干旱引起了人們對水對半導(dǎo)體生產(chǎn)的重要性的關(guān)注。

水風(fēng)險(xiǎn)

確保足夠數(shù)量的半導(dǎo)體和發(fā)展國內(nèi)生產(chǎn)能力并不是中國面臨的唯一挑戰(zhàn)。確保有足夠的水來生產(chǎn)半導(dǎo)體可能更令人生畏。ChinaWaterRisk計(jì)算出，一家生產(chǎn) 40,000 塊電路板的工廠每天需要 480 萬加侖的水，足以供應(yīng)一個(gè) 60,000 人的城市。

在中國中部發(fā)生史無前例的洪災(zāi)之際，值得記住的是，作為一個(gè)整體，中國的水資源相對不安全——盡管中國擁有世界 20% 的人口，但中國僅擁有全球 7% 的水資源。水也分布不均。大部分半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)所在的中國北方，水資源僅占全國的五分之一。 即使在水資源短缺的情況下，中國半導(dǎo)體行業(yè)的用水也存在問題。2017年一項(xiàng)關(guān)于半導(dǎo)體行業(yè)用水的研究發(fā)現(xiàn)，中國在漂洗過程和生產(chǎn)所需電力的用水方面都比其他主要生產(chǎn)國(日本、韓國、臺(tái)灣和美國)使用的水更多。與美國相比，中國用水量是美國的三倍。事實(shí)上，中國半導(dǎo)體行業(yè)吸收了27%的工業(yè)用水。

對中國半導(dǎo)體的雄心發(fā)展需要把實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)所需的水資源考慮在內(nèi)，而中國卻缺乏水資源。正如我們在臺(tái)灣2021年的干旱中所看到的，即使有頂級(jí)人才和尖端技術(shù)，水資源短缺也會(huì)使生產(chǎn)偏離軌道。