工業技術研究院

AI浪潮襲來，半導體產業紛紛擴產因應。然而，晶片製造與AI資料中心耗用大量能源，如何兼顧環境永續、達成淨零排放，成為重要課題。工研院日前舉辦「半導體與AI算力永續競爭力論壇」，邀集產業專家剖析AI浪潮下的淨零挑戰，並提出有效解方，協助產業提升永續競爭力。

百工百業導入AI之際，綠色轉型的壓力，卻主要由上游的資料中心、半導體供應鏈承擔。工研院「半導體與AI算力永續競爭力論壇」中，邀請南亞科技、環球晶圓等產業領袖，分享半導體業如何從研發源頭、製程到廠務，達成智慧節能、永續環境的目標；工研院專家也分享製程端減碳，以及用於AI資料中心的創新散熱技術，協助產業構建永續競爭力。

經濟部次長江文若表示，臺灣擁有世界級的頂尖半導體與電子產業供應鏈，在強勁的AI浪潮與龐大算力需求下，不僅要持續發揮晶片與硬體的全球領先優勢，更要讓半導體製造朝向更低碳、AI運算更節能的方向邁進。經濟部將持續推動產業淨零轉型，結合臺灣無可取代的產業實力，讓AI發展與能源永續同步向前，展現臺灣在全球永續的硬實力。

工研院副院長胡竹生表示，算力發展的極限取決於熱管理與資源循環技術，在經濟部科技專案與能源專案支持下，工研院已展開多層次的技術整合，包含研發千瓦級高熱密度晶片適用的「雙相浸沒式液冷架構」，以及「3D鋁製微流道熱虹吸散熱器」。在製造源頭端，工研院亦導入「製程尾氣常溫脫硝與化工循環再生技術」，透過冷卻系統工程與循環材料雙軌創新，將晶片硬體優勢延伸至整體綠色運算架構。

製程、廠務到供應鏈　多管齊下減碳

根據台電最新預測，臺灣半導體產業用電量到2035年將增至1,100億度，占臺灣總用電量的3成。滿足AI需求的同時，綠色轉型勢必不能再等，須同步進行。記憶體大廠南亞科技從產品研發、製程、廠務到再生能源購電等，多管齊下推動永續。南亞科技資深副總經理吳志祥指出，製程升級引導晶片功耗下降，本身就在減碳，相同產品下，16奈米製程可較20奈米減少達3到4成的碳排放。

此外，南亞科技也推出客製化超高頻寬DRAM技術，將記憶體直接堆疊於特用IC（ASIC）運算單元上，不用犧牲算力，也能大幅降低終端裝置能耗。同時著手開發新製程配方，以減少原物料使用產生的碳足跡，近3年減量效益達新臺幣2億元。

在製造與廠務端，南亞科技機台後端已全面裝設尾氣削除設備（Local Scrubber；LSC），溫室氣體削減率達93%，並導入智慧聯控機制，在機台進入閒置模式時，調降天然氣流量。同時，導入ISO 50001能源管理系統，配合能源管理數位平台與AI智慧製造，從2018至2025年間執行約247個專案，累計省電7.877萬度，約占總用電量8%至9%。此外，南亞科技與工研院合作推動「大帶小」專案，帶領10家供應商減碳8,536噸，並規劃2030年現有廠區綠電占比將達25%。

全球第三大矽晶圓製造商環球晶圓副總經理黃耀毅則表示，環球晶高達60%的碳足跡來自範疇三的價值鏈採購。為此，公司每季與多晶矽等供應商共商落實綠色採購，與客戶合作實施晶舟盒回收等4R（Reduce、Reuse、Recycle、Repair）循環策略；在製造端，環球晶研發低散熱新式長晶爐，大幅阻絕矽晶圓在攝氏1,400度高溫下的熱能逸散。

環球晶大力投入節能減碳以回應客戶要求，於2025年宣布「RE100」目標時程提前至2040年，更實現美、義新廠啟用即實現「RE100」目標，2026年亦通過科學基礎減量目標倡議的目標審查。環球晶的綠色實踐，也助其在國際CDP評級中，獲得氣候變遷B級、水安全A級、供應商議合A級的表現。

製程副產品封閉循環　兼顧淨零與永續

確保半導體高精密製程中所產生的副產品，包括化學廢棄物、高濃度氮氧化物（NOx）及廢溶劑，在廠區內安全、封閉循環，是維護環境永續的關鍵。

化學品廢棄物處理業者金兆鎔科技，特別在竹科園區設置「淨零廢研製中心」，針對半導體廠設計出一套讓熱能、化學品與水資源，達到封閉循環的「韌性循環3.0」方案。金兆鎔科技技術長黃致詠表示，該中心回收製程副產品後，會進行高效安全燃燒，產生熱能可回供化學品純化系統、溶劑再生產線，實現能源自給自足；化學品回收純化經驗證通過，規格與新品相當，可再進入製程，實現就地安全的一站式封閉韌性循環 。

針對製程機台尾氣處理設備所排放的NOx，工研院「常溫脫硝電漿輔助催化技術」先透過電漿反應，產生大量含氧自由基，再與尾氣中NOx進行預反應，透過獨家觸媒將NOx高效氧化為具高水溶性的高階氮氧化物（NxOy），即可在後端洗滌塔中水洗去除，進入廠內廢水處理 。實測顯示，該技術脫硝率達90%以上，且觸媒通過長期運轉測試，完全不增加系統壓損，確保生產機台安全，目前已在全臺晶圓廠實地裝機驗證 。

工研院長期深耕化工技術在電子業的淨零應用。工研院材料與化工研究所經理林國興指出，電子業廢溶劑純化回用常倚賴蒸餾製程，蒸餾製程在傳統化工廠內通常是高耗能單元，因此工研院團隊建立兩項降低蒸餾製程能耗的解決方案，首先是透過硬體改善蒸餾製程，包括導入機械式蒸氣再壓縮（MVR）或熱泵技術，將蒸餾塔頂蒸氣熱能回收做為塔底加熱源，節能率可達4成；其次是非硬體改善解決方案，透過建立「AI代理模型」結合實廠數據，可預測蒸餾製程最佳節能參數，成功案例包括協助南部大廠節省17%製程能耗。

工研院亦持續發展「CO2捕捉再利用合成低碳化學品」技術，將捕捉的CO2當成原料，轉化產出電子級化學品，如異丙醇（IPA）及丙二醇甲醚（PGME），期望幫助電子業建立兼顧循環經濟與淨零排放的新解方。

晶片層級散熱崛起　算力永續再進一步

晶片擴產耗用水電，集結晶片產出算力的資料中心，對水電的需求更龐大。工研院產業科技國際策略發展所資深研究經理李宏俊指出，國際能源總署（IEA）預估全球資料中心用電量將從2024年的415 TWh，暴增至2030年的950 TWh，逼近全球電力總量的10% 。

面對日益嚴格的環境法規，李宏俊表示，未來算力永續評估不能只看電力使用效率（PUE），必須建立涵蓋算力用電、碳強度（CCI）與水效用（WUE）等多面向的指標。並在資料中心設計建置階段，利用數位孿生模擬，在營運階段導入AI能源管理，重視廢熱回收技術，並降低用水量 。

要實現資料中心的節能減碳，關注重點已不是機房外牆或空調主機。由於晶片熱設計功耗（TDP）越來越高，加上GPU與高頻寬記憶體（HBM）高度整合，所產生的熱集中問題，使得晶片層級的散熱越來越重要。

工研院電子與光電系統研究所組長王欽宏指出，工研院推出創新的直接液冷方案 ，拿掉傳統高導熱的介面材料（TIM1），應用記憶體堆疊技術，開發出高精度晶圓對晶圓（W2W）直接接合平台。可在低於150°C環境中，以0.2 微米的極高對位精度，將碳化矽（SiC）微流道晶片與CoWoS運算晶片直接堆疊接合，讓發熱源與大氣熱交換距離縮到最短，目前實驗室已成功驗證，散熱能力達2,700瓦，並持續精進中。

針對熱功耗千瓦等級的散熱方案，工研院也發展「3D鋁製微流道熱虹吸散熱器」。工研院綠能與環境研究所組長劉陽光表示，該技術採無毛細結構（Wick）、搭配池沸騰與熱虹吸自循環設計，流體受熱汽化上升冷凝，受重力自然滴回，克服毛細回流瓶頸、循環速度極快，搭配毫米級的微流道與專利百葉窗鰭片的全鋁製結構，可增強散熱與輕量化。經實證最大解熱能力達1,600瓦，較傳統3D VC散熱器提升33%，但製造成本卻大減40%，更可完全避免液冷快接頭漏液的風險，提供極具競爭力的創新氣冷解方。

協同調控　資料中心與電網共生

解決了晶片散熱危機，還有電力負載問題。上萬顆晶片同步運算，對區域電網造成極大壓力。工研院綠能與環境研究所副組長黃永福指出，AI訓練與推論會引發劇烈用電波動，電網監管機構對資料中心的審查，已由「用多少電」，轉向評估資料中心用電是否具「可預測、可觀測、可穿越與可恢復」，亦即是否可預測短期負載，以利提前調度；用電狀態是否透明，可即時掌握對周邊電網的影響；對外部電網的微小故障是否有耐受力，可撐過短暫波動；以及當電力恢復時，是否能平順逐步復電。

黃永福說，資料中心必須落實「電網（Grid）－電力（Power）－資訊（IT）」三層協同控制技術：電網層控制公共連接點（PCC）端行為，具備低電壓穿越（LVRT）與故障虛功支撐，避免電網恢復時瞬間跳接，衝擊電力系統；電力層引進固態變壓器（SST）與電池備援／電力轉換系統等備援，克服交直流多主控控制權衝突，防止環流與振盪；IT層則透過AI進行動態工作負載排程，並在電網異常時，發揮調節協同能力，確保資料中心與整體電網安全共生。

AI引領全產業的煥新轉型，也對資源與環境生態，帶來沉重壓力。面對這場不可逆的科技變革，臺灣產業須以創新的思維，為催生淨零與永續科技持續努力，如此一來，AI及背後的生態系將不是環境的掠奪者，而是數位與淨零雙軸轉型的驅動者，臺灣產業也將在世界上築起無可取代的優勢，迎接以綠色、循環、永續的新紀元。