从智能手机、笔记本电脑到电动汽车等，半导体是我们现代数字世界的支柱；然而，制造这些芯片需要付出巨大的环境代价，这引发了人们对半导体行业可持续发展的讨论。

在去碳化的趋势下，全球向可再生能源转型的推动以及电动汽车等市场的日益普及，引发对计算机芯片的需求，据数据统计，全球可再生能源市场使用的半导体材料数量已逐年增长，这无不表明半导体将助力向绿色经济过度，该行业也正在努力通过可持续制造实践来减少对环境的影响。

半导体芯片在推进绿色和可持续发展中的作用

“万物电气化”的概念已变得越来越突出，它标志着用清洁能源为传统上依赖化石燃料的设备提供动力。半导体芯片处于这一转型的最前沿，是现代电网系统（包括风能、太阳能和电池存储解决方案）的基础，例如风力涡轮机采用了大约八千个硅基元件，可有效的将直流电转换成与电网兼容的交流电，同时最大限度的减少能量损失。专家预计，随着清洁能源计划的扩大，全球对配套电力电子设备的需求也将随之增加，半导体芯片在可再生能源市场的使用率在2027年前以每年8%~10%的速度大幅增长。

除了对可再生能源技术的影响外，半导体芯片在开发电动汽车方面也是不可或缺的，使其成为向绿色交通方式转变的重要因素。电动汽车平均配置约2000个半导体芯片，相当于汽车本体的神经系统，能够实现电动汽车先进的控制系统，大大提高汽车的安全性、性能和环境可持续性。

而在物流和供应链行业正在采用依赖于半导体的解决方案，例如仓储机器人和自动导引车（AGV），从而达到减少碳足迹。随着传感器网络在这些设施中的应用，监控资产移动的能力得到了增强，而所有的这些都依靠着基于半导体的系统。

此外在制造业中，依赖于硅的工业物联网（IoT）推动了整个行业的转型，带来了卓越的生产率、成本效益并缩短了实现价值的时间。更智能的电动工具可提高生产率、优化能耗，并通过改进的传感和跟踪功能提高工人的安全性。

总体而言，半导体芯片在推进清洁能源技术方面发挥着基础性作用，实现了可再生能源的高效利用、转换、传输和存储，同时推动各行业电气化并提高能源效率，使其成为更清洁、更可持续的未来不可或缺的一部分。

资源密集型制造工艺

另一方面，半导体芯片生产对环境也有重大影响。半导体芯片制造设施（晶圆厂）是高度复杂的能源密集型设施，生产单个芯片需要经过数百个步骤，期间需要消耗大量的能源、水、化学品和原材料，而且还会涉及到全氟碳化物等温室气体和危险化学品，如若处理不当，将对环境造成污染。

在洁净室操作、光刻机、离子注入机和气候控制系统的驱动下，一个典型的晶圆厂每天可使用超过500万加仑的水，每小时消耗100兆瓦时的电力（即将推出的3nm芯片每年需要77亿千瓦时的电力）。在2020年，台积电的碳排放量约为1500万吨，每天用水量为19.3万吨，相当于每年700亿升，加剧了台湾近期干旱所带的环境挑战。

有学者认为，与芯片制造相关的大量资源需求和排放对环境有害是不可持续的，需要的不仅仅是渐进式的改进。

作为回应，芯片制造商已努力加强可持续发展。台积电承诺将每个芯片晶圆的用水量减少30%，采用更清洁的生产系统，过渡到可再生能源，并逐步淘汰制造过程中使用的强效温室气体。此外，戴尔也采取了可持续发展的方法，将芯片制造过程中产生的废水重新用于中国厦门工厂的景观灌溉。

除生产制造外，由于高纯度硅、镓、钨和钽等资源的稀缺，半导体原材料的采购也引起了可持续发展的关注。随着全球储量的枯竭，以经济的方式获取这些材料变得具有挑战性，因此研究人员正在不断探索这些材料的替代品，例如麻省理工学院的研究人员近期证明了立方砷化硼作为半导体材料的潜力，这得益于立方砷化硼的特殊性能，含有高电子和空穴迁移率以及出色的热导率等。这一发现标志着半导体材料的重大进步，表明了可持续性材料替代品的可能性。

驾驭半导体悖论

半导体芯片是一个环境悖论，其制造促进了绿色经济的发展，但也引发了环境问题。若想解决这一悖论，则需跨政策、创新、商业战略和多部门合作的整体解决方案。其中芯片制造商必须继续提高效率、减少浪费，并投资于芯片生产的绿色技术；政策制定者可以支持和倡议研发出更环保的半导体；与此同时，设计人员可以设计出针对特定应用的高效芯片……

半导体行业实现可持续发展的过程是复杂的，但它可能是是实现更广泛的全球环境目前的重要前提。随着芯片的普及和需求的飙升，环境风险也在上升，因此必须通过一种融合道德、经济和环保的综合方法，使这一关键行业与可持续发展原则相协调。