Обзор за 30 секунд: Водопотребление полупроводников не исчерпывается фразой «ТСМК потребляет много воды». Производство кремниевых пластин требует сверхчистой воды для очистки, а также рециркуляции воды, регенерации, разделения сточных потоков и местных систем водоснабжения. Преимущество Тайваня в полупроводниках поэтому заключается не только в чистых комнатах, но и в водохранилищах, осадках, засухах, сельском орошении, заводах по регенерации воды и местном управлении.
2021 год весной Тайвань столкнулся с самой тяжёлой засухой за полвека.
Сельскохозяйственные поля остались без орошения, цистерны с водой въехали в научные парки, а международные СМИ начали показывать уровень воды в тайваньских водохранилищах и глобальное снабжение чипами в одном кадре.1 В тот момент расстояние между фабрикой кристаллов и водохранилищем внезапно сократилось.
Фабрика кристаллов кажется далёкой от водохранилища. Она находится в научном парке, с чистыми комнатами, жёлтыми зонами, литографическими установками, трубопроводами для химикатов и инженерами в полных противопылевых костюмах. Водохранилище же в горах, и оно связано с тайфунами, мейю, реками, полями и бытовым водоснабжением. Но в полупроводниковой отрасли эти два места на самом деле соединены одной трубой.
Чем более передовым является чип, тем более точен технологический процесс, тем меньше примесей может быть на поверхности пластины. Вода здесь одновременно является материалом для очистки, частью производственной среды и элементом контроля загрязнений. Полупроводникам требуется большое количество сверхчистой воды, чтобы смыть с пластин микрозагрязнители, химические остатки и частицы. Журнал WIRED указывает, что одна фабрика в день может использовать миллионы галлонов воды, а вода играет ключевую роль в очистке пластин и поддержании чистоты процесса.1
Поэтому водопотребление полупроводников — не периферийная тема для экологических новостей. Это часть позиции Тайваня в цепочке поставок.
Фабрика 18 ТСМК в Тайнаньском парке Южного научного парка. Фабрика кристаллов растёт рядом с землёй, водохранилищем, полями и местной инфраструктурой, риск цепочки поставок также начинает становиться конкретным здесь. Фото: 4300streetcar. CC BY 4.0 via Wikimedia Commons.
Вода входит в производственную среду
Если представить чип как миниатюрный город, то вода — это не прекращающаяся система очистки в этом городе.
Кремниевая пластина в процессе производства проходит этапы осаждения, фотолитографии, травления, очистки, измерений и др. Каждый этап может оставить остатки. Частицы, невидимые невооружённым глазом, для нанометровых цепей могут стать дефектом. Сверхчистая вода — это промышленная вода, прошедшая многократную обработку для максимального удаления ионов, органических веществ, микроорганизмов и частиц.
Такой воды нельзя получить, просто открыв кран. Поступив на завод, вода проходит фильтрацию, обратный осмос, ионообмен, ультрафиолетовую обработку, удаление органики и лишь затем становится сверхчистой водой, нужной для процесса. После использования она не просто уходит в канализацию. Передовые цеха разделяют воды разной степени загрязнения, после обработки возвращают их в оборот или направляют в системы очистки сточных вод.
В отчёте WIRED упоминается, что сточные воды полупроводников могут содержать кислотные сточные воды, фтористый водород, кремниевые частицы и остатки органического углерода от процессов фотолитографии, травления и разжижения пластин; отрасль разделяет сточные потоки для обработки, чтобы повысить возможность повторного использования.1 Это показывает, что «потребление воды» на фабрике кристаллов — это очень сложная инженерия по водообработке, намного более тонкая, чем просто промывка водой.
Водопотребление полупроводников поэтому поднимает как минимум три вопроса. Первый: откуда завод берёт исходную воду. Второй: как внутри завода она превращается в сверхчистую воду. Третий: как использованная вода рециркулируется, повторно используется, обрабатывается или сбрасывается.
Если смотреть только на первый вопрос, обсуждение упрощается до «кто чью воду отобрал». Но для Тайваня сложнее — решать все три вопроса одновременно.
Засуха заставила цепочку поставок увидеть водохранилище
На Тайване обычно много дождей, но водные ресурсы не равны стабильности.
Осадки концентрируются в сезон мейю и сезон тайфунов, реки короткие, горные склоны крутые, вода быстро уходит в океан. Когда тайфунов мало, мейю слабая, уровень воды в водохранилищах юга или центра падает, то научные парки, сельское хозяйство и бытовое водоснабжение попадают в единую систему распределения.
Засуха 2021 года на Тайване сделала это очень конкретным. Сельское орошение могло быть прекращено, цистерны могли въехать в научные парки, водопотребление фабрик кристаллов попало в поле зрения международных СМИ. WIRED в своём отчёте отмечает, что тайваньская засуха вывела на поверхность напряжённость между орошением фермеров и производством чипов.1
Миньсюн округа Цзяи после ливней тайфуна «Моракот» 2009 года. Проблема водных ресурсов Тайваня — не просто дефицит воды, но и концентрация осадков, экстремальные события и устойчивость распределения. Фото: zilupe. CC BY 2.0 via Wikimedia Commons.
Не нужно писать эту историю как «фермеры против ТСМК». Это слишком упрощает.
Более интересно посмотреть, как на одном острове удаётся одновременно поддерживать сельское хозяйство, бытовые нужды, промышленность и доверие глобальной цепочки поставок. Засуха проверяет не только вместимость водохранилищ, но и способность институтов заранее готовиться, прозрачно распределять, снижать конфликты.
Для зарубежных клиентов засуха на Тайване читается как риск цепочки поставок. Для тайваньского общества водопотребление полупроводников затрагивает промышленную политику, аграрную политику, рост городов и изменение климата, и не останавливается в отчёте об устойчивом развитии одной компании.
Именно поэтому водные ресурсы так же важны, как электричество: они оба возвращают «гору, защищающую страну», из корпоративного мифа в публичную инфраструктуру.
Регенеративная вода превращает водные ресурсы в общественное строительство
Следующее ключевое слово водопотребления полупроводников — регенеративная вода.
Регенеративная вода — это городские сточные воды или промышленные отвалы, после обработки ставшие пригодными для промышленного использования водным ресурсом. Для полупроводников регенеративная вода может снизить нагрузку на водохранилища и реки, а также дать заводу более стабильный источник в период засухи.
Но регенеративная вода — не бесплатная магия. Ей нужны системы сбора сточных вод, заводы по регенерации, трубопроводы, стабильное качество воды, долгосрочные контракты и принятие местным сообществом. Она возвращает полупроводники из «корпоративного водопотребления» в общественное строительство.
Завод по регенерации воды — не просто вспомогательное сооружение рядом с фабрикой. Обычно задействованы городская канализация, местные правительства, центральные субсидии, потребности промышленных зон, доверие жителей к очистке сточных вод и долгосрочные эксплуатационные расходы. Чтобы полупроводниковая отрасль могла массово использовать регенеративную воду, город должен иметь способность собирать, обрабатывать, транспортировать и мониторить эти воды.
Именно поэтому «регенеративная вода» — отличная точка наблюдения за тайваньскими полупроводниками. Она не так ослепительна, как передовые технологические процессы, но позволяет увидеть, может ли общество вписать высокотехнологичную отрасль в свою жизненную систему.
Если регенеративная вода работает хорошо, водопотребление фабрик кристаллов меньше будет давить на бытовое или сельскохозяйственное водоснабжение. Если плохо — расширение полупроводников легче воспринимается как бремя для местности, что углубляет недоверие общества.
Ценность регенеративной воды не только в дополнительном источнике
Самый очевидный плюс регенеративной воды — дополнительный источник. В засуху, если часть промышленной воды поступает из регенерированных городских сточных вод, можно снизить мгновенное давление на водохранилища и реки.
Но её ценность не ограничивается этим.
Во-первых, регенеративная вода связывает город и промышленность. Город ежедневно производит сточные воды, промышленность ежедневно нуждается в стабильном источнике. Раньше цель очистки сточных вод — соответствие нормам сброса, а теперь, если их можно дополнительно обработать до промышленной воды, это значит вернуть часть городского обмена веществ в промышленную систему.
Во-вторых, регенеративная вода даёт запас прочности при распределении воды в засуху. Когда уровень водохранилищ падает, правительству не приходится жестко резать только между сельским хозяйством, бытом и промышленностью. Регенеративная вода не может заменить все источники, но может дать части промышленного водопотребления, требующей высокой стабильности, источник, не зависящий напрямую от дождевого сезона.
В-третьих, регенеративная вода заставляет данные быть более прозрачными. Чтобы местное общество доверяло регенеративной воде, нужно чётко объяснять: откуда вода, к какому стандарту очищена, куда поставляется, кто платит, как мониторятся сточные воды, кто отвечает при проблемах. Чем прозрачнее эта информация, тем труднее расширению полупроводников опираться только на корпоративные обещания или правительственные гарантии.
Следовательно, регенеративная вода — не «латка для нехватки воды у полупроводников». Это скорее институциональный тест: может ли Тайвань составить из городских сточных вод, промышленного спроса, местного доверия и климатических рисков систему водных ресурсов, способную работать долгосрочно.
Собственная схема Taiwan.md. Регенеративная вода связывает городские сточные воды, промышленный спрос, местное доверие и реагирование на засуху в систему, превращая водопотребление полупроводников в тему общественного строительства.
Заводы за рубежом тоже не избегают водной проблемы
Водные ресурсы — не только тайваньская тема.
Штат Аризона в США засушлив, но стал важной базой передовых производств ТСМК в Америке. Официальная страница ТСМК Аризона сообщает, что завод в Финиксе планирует объекты по промышленной регенерации воды с целью достижения более 90 % рециркуляции и повторного использования; ранее на странице также указывалось, что при запуске часть воды поступает из внутризаводской системы рециркуляции.2 Эта информация влияет на то, примет ли местное сообщество застройку за рубежом, а не только на строчку об устойчивом развитии в корпоративном имидже.
The Verge, освещая полупроводниковый кластер Аризоны, ставит в один ряд ожидания занятости от инвестиций в чипы и сомнения по поводу водных ресурсов, химических веществ, трудовой безопасности, реальной выгоды для местных жителей.3 Это напоминает: перенос фабрики кристаллов за рубеж не означает исчезновения водной проблемы, а лишь переговоры в новом месте.
На родном острове Тайвань сталкивается с мейю, тайфунами, водохранилищами, сельским хозяйством и научными парками. Аризона — с засухой, грунтовыми водами, расширением городов и конкуренцией за воду в пустынном регионе. Географические условия разные, но вопросы похожи: готов ли и может ли какой-то регион взять на себя нагрузку по водным ресурсам для глобальной цепочки поставок чипов?
Застройка за рубежем поэтому не только геополитика или политика субсидий. Она также спрашивает: готовы ли США, Япония, Германия, Индия или другие регионы включить воду, электричество, землю, труд и местное общество в цепочку поставок полупроводников?
Эффективность водопользования не означает исчезновения давления по общему объёму
Полупроводниковые компании будут продолжать повышать коэффициент рециркуляции, снижать удельный расход воды на единицу продукции — это важно.
Но если объём производства растёт быстрее, общий расход воды может расти. Исследование Русье и соавт. на выборке тайваньских производителей электронных компонентов указывает, что в 2015–2020 гг. водопотребление выборки компаний в среднем ежегодно увеличивалось на 6,1 %, и авторы рассматривают водопотребление, энергию и углеродные выбросы в контексте роста производства.4
Это напоминает: повышение эффективности — необходимое условие, но не полный ответ.
Сможет ли один остров поддерживать глобальные передовые чипы, определяется не только тем, снижается ли расход воды на пластину, но и тем, растут ли вместе расширение научных парков, обновление технологических процессов, упаковочные мощности, центры обработки данных и городское водопотребление. Тайвань должен решать группу взаимосвязанных проблем: инженерная эффективность, изменение климата и публичное распределение должны рассматриваться вместе.
Здесь также нужно избежать другого заблуждения: водная проблема не означает, что полупроводники определённо не должны расширяться. Она означает, что расширение не может определяться только корпоративными инвестициями, нужно смотреть, сможет ли управление водными ресурсами поспевать за ним.
Если отрасль считает экономию воды, рециркуляцию, регенеративную воду, очистку сточных вод и диалог с местностями затратами, она столкнётся с общественным отторжением. Если отрасль считает их частью устойчивости цепочки поставок, у неё больше шансов долго остаться на Тайване.
Кто в одной капельке воды
Самое сложное в водопотреблении полупроводников — одна и та же капелька воды в глазах разных людей — не одна и та же вещь.
Для фабрики кристаллов — это стабильность процесса. Для фермера — возможно, орошение. Для жителя — есть ли вода, когда открываешь кран. Для правительства — распределение водохранилищ, инвестиции в регенеративную воду, реагирование на засуху. Для зарубежного клиента — смогут ли чипы отгрузиться вовремя. Для экологических групп — расход реки, очистка сточных вод, нагрузка на местность.
Когда воды много, эти различия трудно заметить. Когда приходит засуха, каждое водопользование становится чётким.
Поэтому хорошее управление водопотреблением полупроводников не должно опираться только на цистерны в кризис, и не только на коэффициенты рециркуляции в корпоративных отчётах об устойчивом развитии. Нужно более раннее планирование: какие научные парки подходят для расширения, где нужны заводы по регенерации, какие отрасли обязаны использовать регенеративную воду, какие данные должны быть открыты, как принципы распределения в засуху могут завоевать доверие общества.
Эти вопросы звучат не так эффектно, как 2 нм, CoWoS или ИИ-серверы, но они решают, может ли высокие технологии укорениться на острове.
Водные ресурсы возвращают цепочку поставок на остров
Полупроводники часто описывают как глобализированную отрасль: американский дизайн, голландское оборудование, японские материалы, тайваньское производство, корейская память, глобальные центры обработки данных.
Но водные ресурсы тянут эту глобальную цепочку поставок обратно на остров.
Откуда вода? Придёт ли тайфун? Хватит ли водохранилища? Нужно ли корректировать сельское орошение? Успеет ли построиться завод по регенерации? Доверяют ли местные жители очистке сточных вод завода? Эти вопросы не похожи на высокие технологии, но они решают, смогут ли высокие технологии стабильно работать.
Поэтому «водопотребление полупроводников» на самом деле показывает, где стоит «гора, защищающая страну».
Она стоит рядом с водохранилищем, в речной долине, в трубопроводах регенеративной воды и местном управлении. Тайвань превращает часть глобальных ИИ-вычислительных мощностей в чипы, но также привозит давление глобальной цепочки поставок в свои гидрологические условия.
Именно здесь кроется главное, чего стоит понять в водопотреблении полупроводников: оно заставляет самую абстрактную глобальную технологическую конкуренцию снова стать вопросом о том, как один остров распределяет воду.
Дополнительная литература
- Цепочка поставок ИИ-аппаратного обеспечения — как Тайвань превращает облачный спрос в готовые к отгрузке машины.
- Электричество Тайваня и полупроводники — счёт за электричество за цепочкой поставок ИИ.
- Застройка ИИ-цепочки поставок за рубежом — почему другие страны тоже хотят принять часть производства и давления инфраструктуры.
- Развитие технологических парков — как полупроводниковые кластеры растут на тайваньской земле и в городах.
Источники изображений
- Фабрика 18 ТСМК в Южном научном парке и поля (hero / inline): TSMC Fab 18 and fields May 2025 — Photo: 4300streetcar, Wikimedia Commons, CC BY 4.0. В статье использована закешированная версия в
public/article-images/technology/tainan-science-park-tsmc-fab18-fields-2025.webp. - Миньсюн после ливней тайфуна «Моракот»: 2009-08-09 at a village under the Typhoon Morakot, in Minxiong, Chiayi — Photo: zilupe, Wikimedia Commons, CC BY 2.0. В статье использована закешированная версия в
public/article-images/nature/morakot-minxiong-flood-2009.webp. - Схема цикла воды регенеративной воды и производства полупроводников: авторы Taiwan.md, SVG-схема, CC BY-SA 4.0, хранится в
public/article-images/technology/reclaimed-water-semiconductor-loop.svg. Использована для иллюстрации связей водохранилищ, городских сточных вод, заводов по регенерации, фабрик кристаллов и местного управления, не является инженерной схемой конкретного завода.
Ссылки
- WIRED: Want to Win a Chip War? You're Gonna Need a Lot of Water — отчёт WIRED 2023 г. о потребности полупроводникового производства в сверхчистой воде, водообработке и местных водных ресурсах, с упоминанием напряжённости между производством чипов и сельским орошением в период засухи на Тайване.↩
- TSMC Arizona — официальная страница ТСМК Аризона с описанием инвестиций завода, планов передовых процессов, системы рециркуляции воды и целей по промышленной регенерации воды, служит примером водного управления при застройке за рубежом.↩
- The Verge: The new silicon valley (literally) — отчёт о расширении полупроводникового кластера Аризоны: ожидания занятости и развития региона, водные ресурсы, экология и трудовая безопасность, споры — для баланса взгляда на местное общество при застройке за рубежом.↩
- Roussilhe et al.: From Silicon Shield to Carbon Lock-in? — исследование экологического следа 16 тайваньских производителей электронных компонентов за 2015–2020 гг., указывающее на риск роста водопотребления, энергии и углеродных выбросов вместе с ростом производства.↩