為人工智能提供動(dòng)力：美國(guó)"棕地"半導(dǎo)體晶圓廠能否推動(dòng)超大規(guī)模繁榮？

超大規(guī)模計(jì)算——擁有數(shù)萬(wàn)臺(tái)服務(wù)器的大型數(shù)據(jù)中心——旨在實(shí)現(xiàn)大規(guī)模計(jì)算，通常用于大數(shù)據(jù)或云計(jì)算。隨著人工智能 （AI） 繼續(xù)推動(dòng)全球計(jì)算需求的激增，一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題正在出現(xiàn)：我們將如何為這一切提供動(dòng)力？如果半導(dǎo)體行業(yè)掌握了部分答案呢？重新利用現(xiàn)有的棕地晶圓廠（已經(jīng)配備了大量電力基礎(chǔ)設(shè)施和變電站的制造設(shè)施）提供了一個(gè)引人注目的機(jī)會(huì)，但這真的可行嗎？
為了滿足對(duì)人工智能計(jì)算（訓(xùn)練和部署人工智能模型所需的大量硬件資源）的需求，美國(guó)半導(dǎo)體領(lǐng)域可能會(huì)向結(jié)合芯片制造、高性能計(jì)算和電源彈性的混合設(shè)施發(fā)展。人工智能的未來(lái)不僅取決于我們構(gòu)建的芯片，還取決于我們?cè)谀睦镆约叭绾螢樗鼈兲峁﹦?dòng)力。本文探討了棕地晶圓廠如何幫助滿足我們?cè)诩铀俚娜斯ぶ悄軙r(shí)代對(duì)電力的永不滿足的需求。

人工智能電力緊縮
人工智能已迅速成為 21 世紀(jì)的決定性技術(shù)力量。從生成式語(yǔ)言模型到自動(dòng)駕駛汽車中的實(shí)時(shí)分析，這些應(yīng)用程序既龐大又計(jì)算密集型。然而，在算法和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的背后隱藏著一個(gè)經(jīng)常被忽視但至關(guān)重要的問(wèn)題——電力。
盡管數(shù)據(jù)中心很復(fù)雜，但它并不是效率的典范。在能源使用方面，大多數(shù)公司的運(yùn)行效率約為 75%，冷卻、電源轉(zhuǎn)換和空閑服務(wù)器容量造成了重大損失。該行業(yè)在優(yōu)化電力使用效率 （PUE） 方面取得了長(zhǎng)足進(jìn)步，但在超大規(guī)模領(lǐng)域，即使是輕微的低效率也會(huì)被放大。此外，電力不再是簡(jiǎn)單的公用事業(yè)費(fèi)用，而是一種戰(zhàn)略限制。隨著電網(wǎng)擁塞、能源成本上升以及主要市場(chǎng)環(huán)境法規(guī)收緊，數(shù)據(jù)中心運(yùn)營(yíng)商正在尋求新穎的策略來(lái)減少碳足跡，同時(shí)保持人工智能應(yīng)用程序的性能需求。

資料來(lái)源：Navitas，I.S.E.S. Power 會(huì)議，2025 年 4 月，

美國(guó)棕地半導(dǎo)體晶圓廠尚未開(kāi)發(fā)的潛力 

2024 年第四季度，數(shù)據(jù)中心領(lǐng)域又占據(jù)了整個(gè)半導(dǎo)體市場(chǎng)的 4%，其份額從幾年前的 14% 升至 38% 以上。2025 年第二季度，又將 4% 的半導(dǎo)體市場(chǎng)份額轉(zhuǎn)移到了數(shù)據(jù)中心。數(shù)據(jù)中心收入完全由人工智能工作負(fù)載主導(dǎo)。

資料來(lái)源：半導(dǎo)體供應(yīng)鏈中的漣漪和海嘯，半導(dǎo)體商業(yè)情報(bào)，

2025年 5 月在這個(gè)等式中最被低估的資產(chǎn)之一可能位于一個(gè)完全不同的領(lǐng)域——半導(dǎo)體。更具體地說(shuō)，棕地半導(dǎo)體晶圓廠，較舊的 200 毫米甚至一些 150 毫米晶圓廠——技術(shù)成熟的傳統(tǒng)設(shè)施，并不處于先進(jìn)芯片生產(chǎn)的最前沿。這些晶圓廠仍然擁有寶貴的現(xiàn)有、即用型基礎(chǔ)設(shè)施，并且仍然處于高使用率。這些棕地通常配備強(qiáng)大的電網(wǎng)、大容量變電站、冷卻系統(tǒng)和精心維護(hù)的潔凈室環(huán)境。這種半導(dǎo)體制造能力能否與人工智能數(shù)據(jù)中心運(yùn)營(yíng)并行運(yùn)行并包括人工智能數(shù)據(jù)中心運(yùn)營(yíng)？如果人工智能容量存在瓶頸，電力基礎(chǔ)設(shè)施站點(diǎn)未充分利用，可以增加，或者棕地晶圓廠可能供應(yīng)過(guò)剩，這將被浪費(fèi)，我們可能會(huì)看到對(duì)未充分利用的晶圓廠進(jìn)行改造或進(jìn)一步建設(shè)電力基礎(chǔ)設(shè)施的論據(jù)，例如數(shù)據(jù)中心。

在 2000 年代后期，我們確實(shí)看到了棕地晶圓廠向數(shù)據(jù)中心等替代用途的幾次轉(zhuǎn)換，以獲得建立新數(shù)據(jù)中心所需的電力。首先發(fā)生的事件之一是 QTS 于 2010 年通過(guò)破產(chǎn)法院拍賣收購(gòu)了位于弗吉尼亞州里士滿郊外的奇夢(mèng)達(dá)前場(chǎng)地。收購(gòu)后，人們考慮將半導(dǎo)體 300 毫米晶圓廠與將 200 毫米晶圓廠轉(zhuǎn)換為數(shù)據(jù)中心并行運(yùn)行。未來(lái)的半導(dǎo)體用途可以通過(guò)垂直使用多層潔凈室來(lái)適應(yīng)該站點(diǎn)，就像當(dāng)今亞洲大部分地區(qū)一樣。經(jīng)濟(jì)衰退的宿醉不允許這一切實(shí)現(xiàn)。隨后改建的數(shù)據(jù)中心園區(qū)成為里士滿 1 號(hào)，這是該地區(qū)最大、連接最緊密的數(shù)據(jù)中心園區(qū)。該設(shè)施占地130萬(wàn)平方英尺（120,800平方米），為三棟建筑提供110MW的容量。2024 年 7 月，QTS 被確認(rèn)為購(gòu)買占地 620 英畝的數(shù)據(jù)中心園區(qū)的公司，用于仍在開(kāi)發(fā)中的重大擴(kuò)建項(xiàng)目（里士滿 2 號(hào)和 3 號(hào)）。

棕地半導(dǎo)體晶圓廠尚未開(kāi)發(fā)的潛力 

2024 年第四季度，數(shù)據(jù)中心領(lǐng)域又占據(jù)了整個(gè)半導(dǎo)體市場(chǎng)的 4%，其份額從幾年前的 14% 升至 38% 以上。2025 年第二季度，又將 4% 的半導(dǎo)體市場(chǎng)份額轉(zhuǎn)移到了數(shù)據(jù)中心。數(shù)據(jù)中心收入完全由人工智能工作負(fù)載主導(dǎo)。

2025年 6 月重新構(gòu)想這些站點(diǎn)以實(shí)現(xiàn)同地或混合使用，為制造和計(jì)算的戰(zhàn)略整合打開(kāi)了大門。公司是否可以利用現(xiàn)有的電力和設(shè)施基礎(chǔ)設(shè)施共存或改造棕地晶圓廠來(lái)托管人工智能服務(wù)器，而不是從頭開(kāi)始建造綠地?cái)?shù)據(jù)中心？這將減少資本支出，加快部署時(shí)間，并實(shí)現(xiàn)芯片生產(chǎn)和數(shù)據(jù)處理之間的更緊密協(xié)調(diào)。

許多優(yōu)點(diǎn)，但也有一些局限性

從財(cái)務(wù)角度來(lái)看，重復(fù)使用棕地晶圓廠的經(jīng)濟(jì)性是引人注目的。土地征用、許可和公用事業(yè)開(kāi)發(fā)是建設(shè)新數(shù)據(jù)中心最昂貴和最耗時(shí)的方面之一。傳統(tǒng)晶圓廠繞過(guò)了其中許多障礙?，F(xiàn)有變電站、供水和交通連接的存在可以將開(kāi)發(fā)時(shí)間表縮短數(shù)年，預(yù)算減少數(shù)千萬(wàn)美元。上市時(shí)間是另一個(gè)關(guān)鍵因素。在快速發(fā)展的人工智能領(lǐng)域，成為第一可以帶來(lái)持久的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。能夠快速建立計(jì)算能力的公司——無(wú)需等待多年建設(shè)項(xiàng)目——將能夠更好地滿足激增的客戶需求并大規(guī)模部署人工智能功能。
重新利用棕地晶圓廠最令人信服的論據(jù)
之一是可持續(xù)性。改造現(xiàn)有設(shè)施符合循環(huán)經(jīng)濟(jì)和負(fù)責(zé)任資產(chǎn)利用的原則，而不是花費(fèi)大量時(shí)間、金錢和精力拆除和凈化舊場(chǎng)地并從頭開(kāi)始建造新場(chǎng)地——這一過(guò)程會(huì)產(chǎn)生大量廢物和碳排放。這種方法還支持對(duì)可持續(xù)數(shù)據(jù)中心開(kāi)發(fā)不斷增長(zhǎng)的需求。重新利用棕地晶圓廠將使這些公司能夠在不影響性能的情況下減少對(duì)環(huán)境的影響。

當(dāng)然，棕地晶圓廠模式并非沒(méi)有挑戰(zhàn)，遠(yuǎn)非如此。并非所有傳統(tǒng)半導(dǎo)體站點(diǎn)都是一樣的。有些可能需要進(jìn)行重大補(bǔ)救才能滿足現(xiàn)代運(yùn)營(yíng)或環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)。還必須仔細(xì)評(píng)估分區(qū)法規(guī)、社區(qū)關(guān)系和當(dāng)?shù)啬茉淳W(wǎng)容量。晶圓廠和數(shù)據(jù)中心的分區(qū)通常不同，需要進(jìn)行法律修改。此外，將半導(dǎo)體制造和數(shù)據(jù)中心運(yùn)營(yíng)整合到一個(gè)屋檐下將帶來(lái)設(shè)施管理、網(wǎng)絡(luò)安全和運(yùn)營(yíng)風(fēng)險(xiǎn)方面的復(fù)雜性。這些障礙需要傳統(tǒng)上獨(dú)立的業(yè)務(wù)職能部門之間進(jìn)行仔細(xì)的規(guī)劃和協(xié)作。

美國(guó)的超大規(guī)模格局
在數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施、人工智能計(jì)算和云服務(wù)方面，美國(guó)在幾個(gè)關(guān)鍵領(lǐng)域處于世界領(lǐng)先地位，但也面臨著一定數(shù)量的挑戰(zhàn)。

資料來(lái)源：國(guó)家可再生能源實(shí)驗(yàn)室 （NREL），

2025年呼吁行業(yè)和政府采取行動(dòng) 

為了進(jìn)一步探索這種模式的潛力，肯定需要跨部門的合作。半導(dǎo)體公司必須愿意探索其傳統(tǒng)制造資產(chǎn)的新用途，數(shù)據(jù)中心運(yùn)營(yíng)商必須擴(kuò)大其選址標(biāo)準(zhǔn)以考慮工業(yè)和制造設(shè)施。公共政策制定者必須制定激勵(lì)措施，獎(jiǎng)勵(lì)可持續(xù)再開(kāi)發(fā)和技術(shù)整合。聯(lián)邦政府可以通過(guò)擴(kuò)大 CHIPS 法案的資金來(lái)支持結(jié)合制造、計(jì)算和能源創(chuàng)新的混合設(shè)施，從而發(fā)揮催化作用。反過(guò)來(lái)，地方政府可以提供稅收優(yōu)惠、快速許可和勞動(dòng)力發(fā)展計(jì)劃來(lái)吸引這些投資。

美國(guó)擁有引領(lǐng)這種轉(zhuǎn)變的獨(dú)特機(jī)會(huì)。德克薩斯州、亞利桑那州、俄勒岡州和紐約州等州分布著數(shù)十家傳統(tǒng)晶圓廠，基礎(chǔ)設(shè)施是存在的——只需要重新構(gòu)想。通過(guò)使產(chǎn)業(yè)政策與基礎(chǔ)設(shè)施投資保持一致，聯(lián)邦和州政府可以激勵(lì)棕地晶圓廠作為混合人工智能中心的重建?！缎酒涂茖W(xué)法案》等計(jì)劃已經(jīng)通過(guò)將資本引導(dǎo)到半導(dǎo)體制造領(lǐng)域奠定了基礎(chǔ)。將這一愿景擴(kuò)展到包括人工智能數(shù)據(jù)中心集成將使經(jīng)濟(jì)和戰(zhàn)略效益成倍增加。

美國(guó)棕地晶圓廠位置地圖 資料來(lái)源：ATREG， Inc.，

展望未來(lái)：更智能地建設(shè)，而不僅僅是更大

人工智能、半導(dǎo)體和能源戰(zhàn)略的融合可能標(biāo)志著我們對(duì)數(shù)字基礎(chǔ)設(shè)施的看法的轉(zhuǎn)折點(diǎn)。隨著時(shí)間的推移，我們將無(wú)法再將芯片制造、數(shù)據(jù)處理和能源供應(yīng)視為單獨(dú)的孤島。未來(lái)在于集成系統(tǒng)，這些系統(tǒng)不僅在技術(shù)上高效，而且在地理上具有戰(zhàn)略性、經(jīng)濟(jì)上可行性和對(duì)環(huán)境負(fù)責(zé)。棕地半導(dǎo)體晶圓廠可能是代表這些優(yōu)先事項(xiàng)一致性的催化劑。通過(guò)利用現(xiàn)有資源，該行業(yè)可以在不犧牲可持續(xù)性或安全性的情況下加速創(chuàng)新。隨著人工智能重塑經(jīng)濟(jì)的各個(gè)部門，問(wèn)題不在于我們是否能夠滿足其電力需求，而在于我們選擇如何智能和創(chuàng)造性地做到這一點(diǎn)。

在人工智能時(shí)代，這場(chǎng)競(jìng)賽不僅僅是為了更快的芯片或更大的數(shù)據(jù)中心，而是為了更智能的基礎(chǔ)設(shè)施。棕地半導(dǎo)體設(shè)施可以提供一個(gè)強(qiáng)大且未充分利用的杠桿來(lái)滿足日益增長(zhǎng)的人工智能計(jì)算需求，同時(shí)還能解決未來(lái)的能源、成本和可持續(xù)性挑戰(zhàn)。通過(guò)連接芯片制造和超大規(guī)模計(jì)算領(lǐng)域，美國(guó)有機(jī)會(huì)為集成、有彈性和面向未來(lái)的數(shù)字基礎(chǔ)設(shè)施制定全球標(biāo)準(zhǔn)。