晶片需求暴增之際，半導體產業正努力嘗試處理它龐大的碳足跡
半導體產業有一個問題。從智慧型手機、電視到風力發電機，所有東西都要嵌入晶片。矽晶片的需求激增，但也帶來了高昂代價：龐大的碳足跡。
這個產業看來自相矛盾。全球氣候目標的達成，有部分將要仰賴半導體，它們對電動交通工具、太陽能電池板、風力發電機來說都不可或缺。但晶片製造卻也招致氣候危機，它的製造過程需要巨量能源和水（一個晶片製造廠一天會用掉上百萬加侖［一加侖約 4.5 公升］的水），並會產生危險廢料。
當半導體產業發現這個問題逐漸受到矚目，它開始努力應對其對氣候帶來的衝擊。九月第二週，作為全球最大晶片製造商暨蘋果晶片供應商，台積電誓言將在 2050 年達到淨零碳排。台積電董事長劉德音表示，該公司以「擴大我們的環境影響力，推動產業走向低碳永續」為目標。
但半導體產業要脫碳，將會是一場艱鉅的挑戰。
根據非政府環保組織綠色和平的數據，單單台積電一家公司，就幾乎用掉台灣總發電量的 5 %，且預計將在 2022 年達到7.2%，而其在 2019 年用水量約有 6,300 萬噸。今年，台灣正在經歷 50 年來最嚴重的乾旱，台積電的用水量成為一個爭議話題，晶片製造廠和農夫為此產生矛盾。
在美國，英特爾（Intel）在亞利桑那州奧科締約園區（Ocotillo）的一座晶圓廠，今年頭三個月製造了近 1 萬 5,000 噸廢料，其中約有六成廢料具危險性。它也消耗了 9.27 億加侖乾淨用水（約莫足以填滿 1,400 個奧運游泳池），使用電量達 5.61 億度。
晶片製造佔電子設備「大部分碳排放」，而非能源消耗或硬體使用，哈佛研究人員烏迪特．古普塔（Udit Gupta）及共同作者在一份 2020 年的論文中提到。
而當疫情讓電子產品需求暴漲，又讓晶片製造廠關閉時，高階晶片的全球缺貨現象，讓半導體產業受到了更多關注。
供不應求的市場上，車商發現自己位在晶片供應順位的後半段，遠遠落後於更大規模的半導體客戶，如Apple。Apple 的智慧型手機、筆電和其他裝置，都需要晶片提供運算能力。今年 9 月，通用汽車（GM）宣布其在北美的幾座車廠將停產，豐田（Toyota）則表示，9 月汽車產量將減少4成。
為了增加產量，許多國家都開始進行獎勵半導體產業的大型計畫。
《美國晶片製造法》（The Chips for America Act）提議，為提振美國半導體產業，未來 5 年應撥款 520 億美元（約 1 兆 4,478 億元新台幣）作為發展資金。歐盟則已提交法案，盼在 2030 年前，將其在全球晶片市場市占率提升至 20 %。九月第二週，歐盟執委會主席馮德萊恩（Ursula von der Leyen）在年度歐盟國情咨文演說中，將晶片稱為「科技主權的問題」。
這些野心，儼然與國際間的氣候目標形成潛在衝突。歐盟與美國都想在 2030 年以前減碳五成，2050 年以前達到淨零碳排。而當半導體產業持續成長，它的碳足跡也將擴大。
然而，由於投資人及電子設備製造商急切地想向消費者展示綠色供應鏈，在此壓力之下，半導體業者一直在加大處理氣候足跡的力度。
「最近，我開始發現我們對環境的影響，完全成為關注焦點，」美國半導體製造商安森美（ON Semiconductor）設計工程長索悉妮．達斯古塔（Sohini Dasgupta）說道。
她表示，這個產業兩年前「還在觀望、不表態，站在居中位置說著：『對，永續很重要，但我們不知道該拿它怎麼辦。』」但現在，她看到了動作：「它每天都出現在我們的信箱，關於我們公司做了什麼、其他公司做了什麼，」她說。
道德投資（ethical investing）的崛起確實帶來幫助，投資機構聯博（Bernstein）半導體分析師馬克．李（Mark Li）表示。基金經理人愈來愈常推銷「綠色基金」，投資人會針對企業在環境、社會、企業治理（Environment、Social、Governance，合稱 ESG）的影響上詢問更多問題。「過去 3 年來，ESG 投資相關的話題，比以往多了許多，」李說道。他補充道，最終，這會改變企業的行為。
再生能源適用範圍的擴大，也有助晶片製造商減少它們的碳足跡。英特爾承諾，2030 年將實現 100 % 再生能源目標，台積電也喊出同一目標，不過期限是 2050 年。
台積電發言人高孟華表示，能源消耗占台積電總碳排放量 62 %。2020 年，該公司與丹麥能源企業沃旭（Ørsted）簽署 20 年契約，承購沃旭於台灣海峽總容量 920 兆瓦之離岸風場的所有發電量，該風場正在建置中。
這項交易被稱為全球最大的再生能源企業購售契約，能為台積電帶來幫助，能源諮詢機構伍德麥肯茲（Wood Mackenzie）再生能源分析師沙希．巴拉（Shashi Barla）表示。在保證清潔能源供應鏈的同時，它支付批發成本，讓自己免於供給衝擊，「這是一石二鳥，」他說道。
台積電的行動可能會影響整個半導體產業，麻省理工學院電子工程及電腦科學教授克理夫頓．方斯塔德（Clifton Fonstad）表示，「其他製造商很可能會仿效它的做法。」
轉向再生能源之外，晶片商也可以提高晶片製造廠的效率，管理顧問公司貝恩（Bain & Company）的半導體製造專家彼得．漢伯里（Peter Hanbury）說道。一座晶片製造廠，基本上就是「一個裡頭有著乾淨房間的巨型倉庫，」他說，而要降低碳排，「最簡單的部分就是設備本身」。
晶片製造廠可以設法更有效地調節氣溫、水溫、濕度和壓力。他們可以隔開倉庫，讓其中一間的生產線維持高壓，另一間低壓，比起讓整間倉庫都維持在高壓狀態，這樣耗費的能源更少。
它們可以採集更多數據，透過機器學習，讓工具在未被使用的情況下，得以關閉，康乃爾大學從事半導體材料研究的工程學教授惠理．葛蕾斯．辛（Huili Grace Xing）說道。
還有一些創新項目，是為處理半導體製造過程使用的高污染材料。晶片產業會在產製過程使用不同氣體，其中有許多會對氣候帶來重大影響。
台積電表示，該公司已安裝洗滌器和其他設施，以處理氣體排放。但英國化學業者蘇威（Solvay Special Chemicals）從事半導體氣體研究的化學工程師麥可．皮特洛夫（Michael Pittroff）說，另一種方式是在半導體產製過程中，換掉用來清潔精密儀器的「高污染」氣體。
皮特洛夫說，過去 6 年，他和團隊為大約 6 家晶片商客戶進行工業測試，用「低污染」的氟取代高污染氣體，降低對全球暖化帶來影響。
其他企業則把目標放在用以蝕刻圖樣、清潔晶圓矽表面的氣體。晶圓是用來製作半導體的薄片材料。以總部位於巴黎的工業氣體企業液空集團（Air Liquide）為例，該公司已推出一系列對全球暖化衝擊較小的替代性蝕刻氣體。
但替換氣體也是一項挑戰：一旦晶片製造廠開始營運，任何接觸到矽晶圓的東西（例如蝕刻氣體），都很難改變，漢伯里說道。這個過程牽涉到極高的精密度。晶片製造廠必須在一個郵票大小的晶圓上，完美地放上1億個晶體管。對晶片製造廠來說，發展一套這樣的製程，需要 4 到 5 年時間，而「你一旦開發出來，基本上就不會想改變它了，」漢伯里說。
有些專家相信，晶片製造商將開始修改它們的製程，以引入更環保的氣體，尤其是當業界巨頭開始行動的時候。「如果台積電改了，我相信其他業者也會，」方斯塔德說。「如果台積電不改，那其他製造商也可能會改，以表示它們比台積電更好。」
對一些晶片業觀察者而言，半導體業的減碳決心似乎是真的。李表示，當今市場對晶片的大量需求，將會幫助半導體業者擁抱永續目標。
「他們的利潤非常高，賺了非常多錢。所以即使這些綠色減碳措施全都會墊高成本，它們仍負擔得起。而且，會有愈來愈多消費者願意為了更環保的裝置，支付更高費用，」他說道。