中国台湾虽然坐拥亚洲最大的、最尖端半导体的产业，但却犹如传统农业一般，处处受到自然环境和资源的限制。水虽看起来是不起眼的成本，但当地以台积电为首的晶圆代工厂长期面临缺水、断电风险的困扰，近日更是在克服百年来最严重旱灾不到两年后，再次面临水资源短缺问题。
以中国台湾为据点，放眼全球，作为现代工业结晶的晶圆代工厂是如何与历史悠久而复杂的“水政治”周旋的？
晶圆厂面对“抢水大战”
近日，中国台湾新竹以南水情吃紧，台积电、联电回应水情吃紧皆表示“生产运营不受影响”，讽刺的是，中国台湾长期缺水的问题何尝不是芯片制造中心的战略造成的呢？
晶圆厂急速扩张，中国台湾面临的水和能源供应压力要比几年前大得多。2017年，台积电南科18厂打下第一根填充桩开始，5年时间，南科18厂一到8期新厂拔地而起，2022年12月，台积电在南科举行3纳米厂量产及扩产典礼，意味着台积电过去4年急速的投资已初见成效。
不止中国台湾，晶圆代工厂正在全世界范围内犹如庞然大物般，不断吸食着周边的资源和养分。
台积电美国5nm新厂坐落的“沙漠之城”凤凰城北部水情严峻，除了台积电正在当地在建两座晶圆厂之外，英特尔也正在当地建两座新晶圆厂，因此对于当地的水源需求也进一步加大。据《巴隆金融周刊》报道，亚利桑那州当地官员估计，若台积电在该处建满6座晶圆厂，每年可能需要多达4933万立方公尺的水，足够供应16万户家庭。
据悉，半导体产业被称作“水老虎”，在制造过程中需要依赖大量的水源，尤其是半导体制程需要使用超纯水（Ultrapure water），而制作超纯水的过程要使用几倍的自来水，用水量相当惊人。以台积电为例，该公司的最新数据显示，仅中国台湾南部科学园区的芯片设施每天就要消耗9.9万吨水。且为了提高12英寸晶圆厂的制程良率，以往是每25片晶圆集中清洗，后来就改成一片片单独清洗，以提高良率。
配套水政强势干预
2021年，在全世界都指望中国台湾缓解“芯片荒”的时刻，台积电们却要依靠租用水箱和新钻水井来维持工厂运转。旱情曾导致全岛制造业和农业活动被严重扰乱，如今中国台湾各城市靠出台各种限制措施来避免这一情形的重演。
高雄、台南这两座芯片制造重镇都推出了节水政策，以此减轻夜间公共供水的压力：台南科学园区要求供应商削减用水量10%，高雄科技园区跟进同样的措施。
中国台湾本身能源条件已经难以承受台积电们的榨取。中国台湾无论是降雨量还是水库都遭遇低点，当地水利署数据显示，由于气候变化和过境台风次数减少，台南和屏东等中国台湾南部城市累计降雨量约为年均水平的40%，是30年来的最低水平。根据台“经济部”水利署4月12日公开数据显示，中国台湾第一大水库——曾文水库蓄水量仅为有效容量的11.3%；南化水库为台南和高雄供水，其水位为其有效容量的41.1%，以上是中国台湾科技园的关键水源。
为了应对水政限制，晶圆厂都有短期应对方案。联电今年1月便在台南工厂提前启动节水应急计划，确保其生产不受干旱的影响；台积电也表示就不同的限水阶段备有应对计划。
图：曾文水库、南化水库即时水情；图源：台“经济部”水利署4月12日数据
走出中国台湾，台积电就会发现美国凤凰城的水政更复杂。凤凰城属于亚热带沙漠气候，曾任凤凰城水资源政策研究中心的部门负责人索伦森表示，该城约40%的水来自科罗拉多河——美国七个州上百年来都在争夺这一条河流，而亚利桑那州是河流流经最末的州。更不用说，在经历20年干旱后，这条河的水位又比目标水位低了40%。该地水资源7成水用于农业，另有至少29个原住民部落也提出水权要求，晶圆厂想跨行业抢水恐怕不容易。
据中国台湾气象局预测，中国台湾南部目前的干旱将在5月左右才能得到缓解。晶圆厂要如何解决接下来短期的用水问题，以及面临未来的水能源风险问题？
把废水还原成水，开启未来10年？
经历了2021年的拷打，中国台湾政府和技术供应商一直在努力寻找和储存更多的水。
据悉，中国台湾极度依赖季节性降雨填满水库，而依靠气候变化并不那么可靠，于是台积电和群创等供应商着手建立了自己的水循环工厂。2022年9月，台积电于投产了全世界第一座能把晶圆厂的工业废水处理成品质近似自来水的再生水厂。该水循环厂位于中国台湾南部科学园区，满足芯片厂每天1万吨的用水需求。据台积电说法，该水循环厂到2026年的产能还可以增加到每天3.6万吨。联电则是参与政府台南的两个再生水计划，再生水用量大幅增加。
“一度成本大概是60块”台积电员工透露，但为了在干旱时节不要与一般民众争水，台积电除了和台南市政府合作，把台南县市的家户用过的污水，转换成生产晶圆的再生水，再加上工业用水，台积电员工估计，未来可提供台积电南科20座工厂20％的用水。
至于美国亚利桑那州方面，台积电表示，无法回收使用的废水，通过系统进行最终废水处理（废水排放浓度优于政府要求的放流水标准），另有在当地建设再生水厂计划。
把工业废水还原成水，成本并不便宜，有产业链厂商则着手用水教育培训。电源管理与散热管理解决方案厂商台达电子发言人周志宏：“我们的用水量不能与半导体或光电子制造商相提并论，但我们明白水资源的重要性。我们每天都使用节约水和再生水。我们也要求我们的供应商在供应链管理部分做得更多。我们帮助他们制定节水和减少浪费的目标，并帮助他们进行教育培训。”
美国凤凰城的供水设施方案或许有借鉴意义，该城拥有科罗拉多河、维迪河（Verde River）、盐河（Salt River）、地下水与再生水共5种多元健全的水源供给规划，获亚利桑那州认证为百年用水无忧的城市。
结语
对中国台湾而言，保持芯片供应不仅仅是经济上的当务之急，也对其依靠半导体在全球范围内谋求政治地位具有重要意义。如果中国台湾的芯片产量受到影响，其“硅盾”也可能削弱，这致使中国台湾在面临能源和芯片产业发展时难以平衡，中国台湾的选择困境或许也会映照在凤凰城等芯片制造中心城市之上。 
