气候变化和水资源压力如何危及半导体供应链

The landscape of the Soutwestern Desert in Arizona, United States: Semiconductor supply chains rely on watersheds at risk by 2030-2040
Semiconductor supply chains rely on watersheds at risk by 2030-2040Image: Unsplash/Vlad D
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  • 目前所有半导体制造设施中,有40%位于预计到2030年将面临最严重水资源压力风险的流域。

  • 在建半导体工厂中,超过25%以及自2021年以来宣布建设的工厂中,40%位于预计到2030—2040年将面临严重水资源压力的流域。

  • 政策和商业战略必须更审慎地考虑气候变化给半导体供应链带来的系统性风险。

半导体构成了所有由微芯片驱动的事物的基础。它们被称为本世纪的石油,也是信息计算技术终端产品最关键的中间品。没有半导体,就没有电子产品。

鉴于半导体至关重要,企业和政府担忧半导体供应链的稳定性,这并不令人意外。令人意外的是,人们很少关注气候变化预计将在近期至中期如何影响这些供应链。

人们对半导体供应链安全最深切的担忧,通常以地缘政治竞争的形式表达。然而,对“芯片战”的过度关注,导致人们很少关注气候变化如何影响半导体制造地点的环境条件。

气候变化引发的极端天气事件对半导体供应链造成的急性冲击已经出现。

例如,2024年9月下旬,飓风海伦导致北卡罗来纳州的云杉松矿停产。全球约70%的高品质石英供应来自该矿,而高品质石英是半导体制造所需坩埚的关键材料。

两家采矿公司在云杉松开采石英,但两家公司都尚未恢复满负荷生产。尽管它们已重启运营,将石英运往市场仍面临挑战,因为该地区部分公路和铁路基础设施可能要到2025年才能完全恢复运行。

水文格局变化

气候紧急状况持续发展,意味着海伦等急性事件和长期性状况正在影响半导体供应链,并将在未来进一步考验其韧性。最重要的影响之一与水资源可用性有关。

半导体生产依赖充足的水资源,但气候变化引发的水资源压力危及供应链安全。

研究结合全球水资源压力模型(细化至各个流域)和半导体制造设施的所在地数据,显示出值得担忧的理由。

在全球范围内,现有设施中有40%将位于预计在2030年至2040年间遭遇高或极高水资源压力的流域。同时,在建设施中有24%—40%、规划中的设施中有40%以上位于预计同期将遭遇高或极高水资源压力的地区。

半导体生产网络中的关键设施分布极不均衡,这意味着气候变化引发的区域性水资源压力可能迅速在这些网络中层层扩散。

各半导体制造企业都认真对待水资源压力给自身运营带来的风险。然而,只评估单个企业会忽略全球半导体网络面临的系统性风险;因此,必须关注区域性瓶颈及网络结构中的水资源压力。

扰乱半导体供应链

网络中的各个节点未必同等重要,因为单个节点中断就可能引发连锁反应,对整个系统造成一系列不利影响。云杉松矿停运就是这种可能性的一个例子。

另一个值得关注的例子是台湾积体电路制造公司(台积电)的Fab 15;它是苹果iPhone中央处理器的唯一供应商。台湾负责满足先进半导体约90%的需求,但自2021年以来,该岛一直遭遇干旱。

制造最先进半导体的技术难题意味着,苹果这样的公司一旦出现问题,便无法轻易更换供应商。

与此同时,美国和欧盟的公共政策对环境条件变化可能如何影响获得公共资金支持的设施未来运营,关注不足。

美国政府已承诺拨出数百亿美元,在亚利桑那州建设新的半导体制造厂(晶圆厂)。然而,自1994年以来,亚利桑那州及更广阔的西南部沙漠地区一直被官方认定处于干旱状态。

与此同时,在法国格勒诺布尔,当地居民与半导体制造商意法半导体围绕如何获取该地区优质水资源的冲突,自2023年以来一直持续。

什么是半导体?它们为何如此重要?
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更广泛的情况

在水资源利用效率方面的技术进步有所帮助,但无法彻底解决问题,因为农业、家庭和其他行业同样需要用水。即使效率极高,也可能被水资源总需求的增长抵消。

半导体行业在应对水资源压力风险时面临两大挑战。首先,过度关注地缘政治竞争,可能会忽视气候变化等环境风险。

其次,如果只考察个别企业的风险,可能会忽略气候相关问题(如水资源压力)如何波及整个生产网络。

为有效应对这些挑战,企业和政府必须采取灵活战略,考虑气候变化对不同地区水资源可用性的影响各不相同。

目前处于规划阶段的设施,其选址需要接受更严格的审查,尤其要结合未来水资源压力预测进行评估。如果规划不周,用于加强半导体供应链的数十亿美元投资可能会无意中因气候变化造成长期脆弱性。

在水资源压力风险较高的地区,除非已有有效的本地方案应对水资源挑战,否则可能有必要重新考虑设施选址。

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