近期拉尼娜现象加剧，全球范围内的干旱呈现蔓延势头，人们更加关注人类活动对气候变化造成的影响。当数字技术催生繁荣的时候，我们也不能忽视支撑起数字产业的各种基础设施，以及其背后所隐藏的资源压力。除了“碳足迹”，数字时代的水资源不仅是维系生命的必需品，也是算力和芯片技术竞争的一项基本资源，芯片行业的“水足迹”开始引发关注。

ChatGPT：容我先饮半升水，陪你再聊50句

随着微软、谷歌和亚马逊等科技巨头纷纷投入大量资源“押注”AI，将其整合到包括搜索引擎在内的各种数字工具中，人工智能（AI）已经成为我们生活的一部分，从其发展趋势来看，AI对社会生产生活的影响将会越来越深刻。

西班牙《国家报》（El País）近期在其网站刊文指出，在聊天机器人ChatGPT火爆全球的背后，GPT-3和GPT-4等大型神经网络模型以及加密货币等技术因其居高不下的碳排放而备受诟病。那么，AI大模型在水资源消耗方面的表现如何？以ChatGPT为例，有研究表明，平均每进行一次包含50个问题的对话，这款AI机器人需要“喝掉”半升水，这差不多是一瓶普通矿泉水或者饮料的净含量。你可能会说“这也没多少啊！”但如果把聊天机器人的海量用户和高频使用计算进去，无疑会是一个惊人的数字。

如果与其他行业进行比较，我们所说的这种规模效应则更加明显。以美国当前最先进的各大数据中心为例，仅日常的模型训练过程就需要消耗70万升清洁淡水，足够生产320辆特斯拉华体(中国)。当然，不是所有国家都拥有“高端”的华体(中国)制造业，但即便与作为传统耗水大户的畜牧业和纺织印染行业相比，AI对水资源的消耗也非常惊人。作为“低端”产业，虽然生产牛肉和牛仔裤的耗水量也很高，但其“水足迹”覆盖整个生产周期（如牲畜饲料种植、牲畜饮用水等，以及纺织品的清洗、染色、漂白等），且包括大量的非饮用水；而一旦把与制造和运输AI服务器相关的用水全都计算进来，AI产业在全球的“水足迹”可能会增加10倍。

立法机构和大型AI生产商应尽快将可持续性作为技术发展所必须考察的条件之一，尤其是像水这样的稀缺资源。当前，世界百年未有之大变局正在加速演变，随着全球政治经济格局的重塑，国家或者企业层面为争夺技术主导权而产生的竞争将进一步加剧。一旦“科技战”与争夺稀缺水资源的冲突交织，就可能开辟出一个新的“战场”，为已经深陷危机之中的世界增加新冲突因素。

水正在成为一种稀缺商品，随着气候变化影响的恶化，为获取这一重要资源而展开的竞争可能会进一步加剧。如果科技公司打算继续在全球范围内扩张数据中心的建设，将用水方面的考虑纳入选址过程就显得至关重要。

显而易见，在缺水地区建立数据中心可能对当地的水资源造成压力，这种决策将不可避免地对周围环境和社会造成重要影响。在受干旱影响的地区，即使这些数据中心采用了最先进的水回收系统，维持其运作所需占用的大量水资源也可能对当地环境有害。不仅如此，数据中心所使用的水资源必须是清洁的淡水。以西班牙这样业已处于缺水状态的国家为例，宝贵的淡水资源一旦遭到挤占，就可能对农业用水或者消费用水等产生负面影响。

当水资源成为数字技术发展的“瓶颈”，凸显了面对全球挑战时不同地区之间的相互关联性，它迫使我们以更全面的方式来思考，认识到对技术进步的追求不应以牺牲宝贵的淡水资源为代价。数字时代的成功不应仅以技术能力来衡量，还应考虑可持续性和公平分配资源等因素。在AIGC（生成式人工智能）革命前夕，我们必须考虑到全球尚有近30亿人面临缺水压力。技术的发展方向除了创新还必须可持续，AI的发展应避免挤占人类生存所必需的自然资源。

开源节流：水利基础设施与废水回收双管齐下

“节约用水”似乎是老生常谈，但事实并非如此。随着人口增长、城市化进程加速以及气候变化带来的干旱日趋严重，许多国家和地区都面临着水资源供应紧张的挑战。数字时代，水不仅是生命之源，更成为各国间开展技术竞争的一项基础资源。

美国媒体《连线》（Wired）近期在其网站发布了一篇题为《想赢得芯片大战？你会需要很多水》（Want to Win a Chip War? You're Gonna Need a Lot of Water）的文章，指出美国正在花费数十亿美元来加速半导体制造业发展，而新工厂在生产硅片时还需要使用数百万加仑的“超纯水”（ultrapure water）。

尽管与土地、电能、精密仪器等要素相比，水资源在芯片生产中的重要性相对不那么显著，但如果美国想要建立更多的晶圆厂，就必须加大对水资源的获取力度。为扩大产能，英特尔计划斥资200亿美元在俄亥俄州哥伦布市附近建造一个大型芯片工厂。该地区此前已经有三家水厂，每天可供应1.45亿加仑的饮用水，但当地政府部门仍然计划斥巨资兴建第四家水厂，其中至少部分产能将用于供应英特尔的晶圆厂。

硅片，即所谓的“晶圆”，在被切割并加工成计算机芯片的过程中需要经过清洁工序，而水在其中发挥着重要的作用。根据美国知名智库——乔治城大学下属安全与新兴技术中心（CSET）的数据，一座晶圆厂一天可能需要使用数百万加仑的水，这大约相当于一个小型城市一年的用水量。

美国2022年度的联邦支出计划中包含了旨在促进芯片制造业发展的“芯片和科学法案”（CHIPS and Science Act），芯片公司普遍希望从该法案中获利，为此纷纷在其晶圆厂旁边建造新的水处理设施。一些城市为了吸引由该法案资助的新工厂在其辖区内落户，也在研究芯片工厂对城市供水的潜在影响。为了满足晶圆厂的用水需求，一些地方可能有必要引入新的基础设施来确保供水或者对晶圆厂的用水进行回收。

在美国的一些地方，由晶圆厂推动的水利基础设施升级工作已经在进行之中。美国俄亥俄州首府哥伦布市计划在2028年开设第四家水厂，这一时间点大约在英特尔工厂计划开始生产第一批芯片的数年之后。该市政府表示，需要通过一个新的供水设施从附近的赛欧托河（Scioto River）中汲取淡水，以支持该地区不断增长的人口，然而实际上该地区未来最大的水资源消费者非英特尔莫属。

在以气候干旱著称的亚利桑那州，全球最大的芯片制造商台积电（TSMC）计划为其在菲尼克斯市的新晶圆厂配套建设一座水回收设施，此外台积电可能还需要从附近的河流和水利基础设施中购买部分水资源。存储芯片制造商美光（Micron）将在纽约州北部斥资1亿美元建造晶圆厂，为此已经提前建设了巨大的储水设施，其单个储水箱的容量可达约5.68万吨。

芯片行业之所以需要大量水资源，目的是防止各种精密组件受到污染，为此必须确保硅片高度洁净，即使最微小的灰尘或者碎屑也不能出现。晶圆厂采用光刻工艺在硅晶片上蚀刻出错综复杂的图案，从而赋予芯片关键的电路结构，之后需要把这些经过处理的硅晶片切割成单独的计算机芯片，这些芯片的体积必须小到可以封装到我们的手机和电脑中。在这些工序中，需要用水把芯片上沾染的残留物冲洗掉。

不过，晶圆厂也不是随便什么水都“喝”的，半导体产业在制造过程中用来清洁硅晶片的是一种特殊类别的“超纯水”。标准饮用水的纯度一般为100至800微西门子每厘米（一种用作测量污染指标的导电率单位），“超纯水”的纯度需要低于每厘米0.055微西门子。生产“超纯水”需要经过多道工序，才能去除各种污染物（包括海洋、湖泊等水体中常见的细菌等微生物，以及盐离子等溶质），这也是半导体行业需要大量用水的原因之一。此外，芯片制造厂还会使用纯度较低的水对制造设备进行冷却，其纯度与自来水相当。

鉴于水资源在芯片制造中的关键作用，对废水进行回收和再利用已成为该行业的重点工作之一。在清洗硅晶片过程中被污染的“超纯水”需要经过彻底清洁，之后才能被晶圆厂重复使用或者排入公共废水处理系统。由于晶圆厂的废水中包含大量污染物，污水的清理是一个复杂的过程。例如，光刻和蚀刻工艺会产生酸性废水，其中可能包含具有强腐蚀性的氢氟酸污染物；由于采用了硅晶薄片薄化工艺，废水中可能含有悬浮的硅颗粒；异丙醇等溶剂的使用，导致废水中可能包含有机碳残留物。

为此，芯片行业已经开发出分离废水中各种成分的方法，其指导思想类似于我们日常生活中的垃圾分类回收。晶圆厂一般会将废水分为至少10种，其中一些采用先进技术的企业可以将其细分为15到16种。经过处理之后，这些废水可能会得到再利用，或者被排入下水道，或者在被清洁之后重新用于设备冷却。

面对水资源获取的压力，芯片制造商正在投资改进过滤和清洁工艺，以便提升水的回收利用率。例如，英特尔的目标是到2030年实现全球范围内的总耗水量达到正值，其中部分基于海水淡化和雨水处理；美光的目标是在2030年前通过“再利用、回收和回补”来节约75%的用水量。业界消息显示，通过改进反渗透工艺，芯片行业相关的水回收率甚至有望达到98%。