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

聯(lián)邦當局本周首次正式宣布科羅拉多河出現(xiàn)水資源短缺，這將導致多個州和墨西哥從 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駐，這一比例可能會增加。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體工廠，這是一項擴張現(xiàn)有園區(qū)的計劃。

亞利桑那州對英特爾的運營“至關(guān)重要”

去年，該公司承諾到 2030 年將恢復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，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“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到飲用標準。英特爾再次使用部分處理過的水，其余部分則用于補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“大型工廠網(wǎng)絡(luò)”和最新的半導體工廠。根據(jù)其最新的企業(yè)責任報告，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：“我們不斷尋找機會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)在水資源保護和恢復方面進行投資?！?

芯片制造巨頭臺積電也將目光投向了亞利桑那州。2020 年 5 月，該公司宣布計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)路透社今年早些時候報道，臺積電可能計劃在未來 10 至 15 年內(nèi)在亞利桑那州建造多達 6 座新晶圓廠。

臺積電在給The Verge的一封電子郵件中表示，目前預計水資源短缺不會對其在亞利桑那州建造新晶圓廠的計劃產(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” ?！?

臺積電的大部分晶圓廠都在臺灣，今年早些時候，50 多年來最嚴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 月報道，臺積電計劃今年在臺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。

預計未來將面臨一些艱難的選擇

雖然臺灣仍然主導著半導體制造業(yè)，但亞利桑那州正在成為一個新的樞紐。拜登政府優(yōu)先考慮建立國內(nèi)半導體芯片供應(yīng)，因為目前的短缺影響到從汽車到手機和游戲機的所有領(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，預計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)測機構(gòu)稱，現(xiàn)在，亞利桑那州的絕大多數(shù)地區(qū)面臨“嚴重”干旱。

水將成為半導體的重要問題

每個人都知道將水灑在手機上是個壞主意，但您知道生產(chǎn)一部手機需要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過程中使用的廢水都需要水。這個數(shù)量是中國人均日用水量的10倍。

半導體，即為我們所有的電子設(shè)備（包括您的手機）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中安裝芯片至少需要2,000 加侖的 水才能生產(chǎn)。這是因為每個芯片都需要用超純水 (UPW) 沖洗 - 純水被認為是工業(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。

雖然中國僅占半導體銷售額的7.6%，但其計劃在該領(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)星時刻”的擔憂，即中國實現(xiàn)技術(shù)偉大的決心。盡管資金激增，但水資源供應(yīng)仍然是一個重要的制約因素，因為半導體生產(chǎn)需要大量的水資源，而中國缺乏這一點，尤其是在芯片制造集中的地區(qū)。

中國的風險

盡管如此，即使在 2014 年國家集成電路計劃下投入了 1500 億美元，中國在生產(chǎn)手機、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。專家預計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)計方面實現(xiàn)競爭力。

全球風險

直到 2021 年臺灣干旱凸顯了全球半導體供應(yīng)鏈水資源供應(yīng)的重要性，中國半導體政策的全球風險集中在國家安全后果、中國制定全球技術(shù)標準的努力、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：美國認為中國成為半導體行業(yè)的主要參與者會帶來國家安全風險。隨后美國進行了一些列黑名單操作。盡管為了擴大對中國半導體公司的限制，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 世紀的競爭”中保持領(lǐng)先優(yōu)勢至關(guān)重要。

標準：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受到損害的擔憂，但也關(guān)系到華為為 5G 技術(shù)制定全球技術(shù)標準的不斷努力。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)了這一進程。在其2020 年 12 月的年度報告中?，美國安全與經(jīng)濟審查委員會詳細說明了中國在塑造全球技術(shù)標準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)，同時限制國內(nèi)準入并支持專制規(guī)范。 供應(yīng)鏈：來自多個國家和多個世界地區(qū)的公司參與了設(shè)計和生產(chǎn)過程。擾亂半導體行業(yè)的全球化供應(yīng)鏈存在經(jīng)濟風險。 出于這個原因，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導致半導體和汽車等需要半導體的產(chǎn)品短缺。在2021年4月研究半導體行業(yè)協(xié)會的結(jié)論是，建立完全自給自足的本地供應(yīng)鏈需要花費1萬億美元，這可能會使半導體成本增加65%。一些行業(yè)專家建議采取更謹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美國在整個生產(chǎn)過程中的空白，包括創(chuàng)新、設(shè)備和封裝。 中國臺灣：由于臺灣在世界最先進半導體制造中的核心作用，臺灣面臨多重壓力。2020年，臺積電（TSMC）占全球半導體代工市場的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%。臺積電還同意在亞利桑那州建廠。

除了所有這些擔憂之外，2021 年春季，通常多雨的亞熱帶臺灣發(fā)生了 56 年來最嚴重的干旱，威脅著全球半導體的生產(chǎn)。干旱推遲了生產(chǎn)并導致芯片短缺。半導體生產(chǎn)商被迫配給水并用卡車運進來。由于擔心未來氣候變化會減少降雨量，臺積電正在建造一座能夠重復利用工業(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，臺灣 2021 年的干旱引起了人們對水對半導體生產(chǎn)的重要性的關(guān)注。

水風險

確保足夠數(shù)量的半導體和發(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)半導體可能更令人生畏。ChinaWaterRisk計算出，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 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，中國半導體行業(yè)的用水也存在問題。2017年一項關(guān)于半導體行業(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。事實上，中國半導體行業(yè)吸收了27%的工業(yè)用水。

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