超大規(guī)模計算——擁有數(shù)萬臺服務(wù)器的大型數(shù)據(jù)中心——旨在實(shí)現(xiàn)大規(guī)模計算，通常用于大數(shù)據(jù)或云計算。隨著人工智能 （AI） 繼續(xù)推動全球計算需求的激增，一個關(guān)鍵問題正在出現(xiàn)：我們將如何為這一切提供動力？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）提供了一個引人注目的機(jī)會，但這真的可行嗎？
為了滿足對人工智能計算（訓(xùn)練和部署人工智能模型所需的大量硬件資源）的需求，美國半導(dǎo)體領(lǐng)域可能會向結(jié)合芯片制造、高性能計算和電源彈性的混合設(shè)施發(fā)展。人工智能的未來不僅取決于我們構(gòu)建的芯片，還取決于我們在哪里以及如何為它們提供動力。本文探討了棕地晶圓廠如何幫助滿足我們在加速的人工智能時代對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。從生成式語言模型到自動駕駛汽車中的實(shí)時分析，這些應(yīng)用程序既龐大又計算密集型。然而，在算法和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的背后隱藏著一個經(jīng)常被忽視但至關(guān)重要的問題——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被放大。此外，電力不再是簡單的公用事業(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環(huán)境法規(guī)收緊，數(shù)據(jù)中心運(yùn)營商正在尋求新穎的策略來減少碳足跡，同時保持人工智能應(yīng)用程序的性能需求。

資料來源：Navitas，I.S.E.S. Power 會議，2025 年 4 月，

美國棕地半導(dǎo)體晶圓廠尚未開發(fā)的潛力 

2024 年第四季度，數(shù)據(jù)中心領(lǐng)域又占據(jù)了整個半導(dǎo)體市場的 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，

2025年 5 月在這個等式中最被低估的資產(chǎn)之一可能位于一個完全不同的領(lǐng)域——半導(dǎo)體。更具體地說，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)營并行運(yùn)行并包括人工智能數(shù)據(jù)中心運(yùn)營？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)過剩，這將被浪費(fèi)，我們可能會看到對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 年通過破產(chǎn)法院拍賣收購了位于弗吉尼亞州里士滿郊外的奇夢達(dá)前場地。收購后，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。未來的半導(dǎo)體用途可以通過垂直使用多層潔凈室來適應(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，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)為購買占地 620 英畝的數(shù)據(jù)中心園區(qū)的公司，用于仍在開發(fā)中的重大擴(kuò)建項(xiàng)目（里士滿 2 號和 3 號）。

棕地半導(dǎo)體晶圓廠尚未開發(fā)的潛力 

2024 年第四季度，數(shù)據(jù)中心領(lǐng)域又占據(jù)了整個半導(dǎo)體市場的 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，為制造和計算的戰(zhàn)略整合打開了大門。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托管人工智能服務(wù)器，而不是從頭開始建造綠地數(shù)據(jù)中心？這將減少資本支出，加快部署時間，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

從財務(wù)角度來看，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)開發(fā)是建設(shè)新數(shù)據(jù)中心最昂貴和最耗時的方面之一。傳統(tǒng)晶圓廠繞過了其中許多障礙?，F(xiàn)有變電站、供水和交通連接的存在可以將開發(fā)時間表縮短數(shù)年，預(yù)算減少數(shù)千萬美元。上市時間是另一個關(guān)鍵因素。在快速發(fā)展的人工智能領(lǐng)域，成為第一可以帶來持久的競爭優(yōu)勢。能夠快速建立計算能力的公司——無需等待多年建設(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)大量時間、金錢和精力拆除和凈化舊場地并從頭開始建造新場地——這一過程會產(chǎn)生大量廢物和碳排放。這種方法還支持對可持續(xù)數(shù)據(jù)中心開發(fā)不斷增長的需求。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環(huán)境的影響。

當(dāng)然，棕地晶圓廠模式并非沒有挑戰(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)營或環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)。還必須仔細(xì)評估分區(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)營整合到一個屋檐下將帶來設(shè)施管理、網(wǎng)絡(luò)安全和運(yùn)營風(fēng)險方面的復(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、人工智能計算和云服務(wù)方面，美國在幾個關(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)。

資料來源：國家可再生能源實(shí)驗(yàn)室 （NREL），

2025年呼吁行業(yè)和政府采取行動 

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措施，獎勵可持續(xù)再開發(fā)和技術(shù)整合。聯(lián)邦政府可以通過擴(kuò)大 CHIPS 法案的資金來支持結(jié)合制造、計算和能源創(chuàng)新的混合設(shè)施，從而發(fā)揮催化作用。反過來，地方政府可以提供稅收優(yōu)惠、快速許可和勞動力發(fā)展計劃來吸引這些投資。

美國擁有引領(lǐng)這種轉(zhuǎn)變的獨(dú)特機(jī)會。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棕地晶圓廠作為混合人工智能中心的重建。《芯片和科學(xué)法案》等計劃已經(jīng)通過將資本引導(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。

美國棕地晶圓廠位置地圖 資料來源：ATREG， Inc.，

展望未來：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)志著我們對數(shù)字基礎(chǔ)設(shè)施的看法的轉(zhuǎn)折點(diǎn)。隨著時間的推移，我們將無法再將芯片制造、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)的各個部門，問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)。

在人工智能時代，這場競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)施可以提供一個強(qiáng)大且未充分利用的杠桿來滿足日益增長的人工智能計算需求，同時還能解決未來的能源、成本和可持續(xù)性挑戰(zhàn)。通過連接芯片制造和超大規(guī)模計算領(lǐng)域，美國有機(jī)會為集成、有彈性和面向未來的數(shù)字基礎(chǔ)設(shè)施制定全球標(biāo)準(zhǔn)。