台積電「缺電」！30台EUV光刻機一天耗電90萬度

【新智元導讀】台積電成功延續摩爾定律，2nm製程研發獲得重大突破，有消息稱2nm晶元將在2023年上半年進行風險生產，2024年開始批量生產。隨著先進位程不斷突破，台積電對用電量的需求也會持續大幅上漲，但是面臨「缺電」局面，台積電除了綠色節約，如何才能「開源」呢？

今年冬天特別「缺電」。

最近，湖南、江西、浙江等地開始限電，多年不見的「拉閘限電」又回來了。

2004、2011年，中國曾出現大規模的「用電荒」現象。

廈門大學中國能源政策研究院院長林伯強在接受媒體採訪時指出，從目前情況看，現在只是季節性、區域性的用電緊張，主要還是受「極端寒潮天氣」、「經濟強勢反彈」以及「動力煤供應偏緊」等影響，全國的電力供應完全有保障，「大家不必恐慌」。

電力供給對工業和經濟發展的影響不言而喻。不僅是大陸，一水之隔的台灣省最近也面臨電力供應緊張。

這和台灣省用電大戶「台積電」有關，而且不僅是今年，而是由來已久。

作為全球最大的晶元代工廠，台積電憑一己之力強力拉動全台地區的平均用電水平，趕超冰島等人均用電大國。

具體來看，2018年，中國台灣地區全年用電量達2191億度。而台灣戶籍登記人口則為2358.9萬人（2018年底數據）。按照此數據來計算，2018年，台灣人均年耗電量已經超過了9288kW·h，遠超冰島（5777kW·h）等人均耗電量排名靠前的國家。

甚至早在幾年前，台積電的用電量就佔據了全島用電量的5%以上。

從用電量就可以看出半導體產業不可撼動的地位。

作為支柱產業，台灣省在扶持以台積電為代表的幾大半導體產業上可謂不遺餘力。

一個典型的案例就是2017年的「815全台大停電」。

當時台灣島省本島各地發生的大規模無預警停電事件，具體原因是天然氣管線更換部件出現意外造成的。

停電發生在16時51分-當晚23時，事故間接造成一人死亡(因使用蠟燭引發火災)、一人受傷，使得受影響之供電分區內的許多商家暫停營業、道路照明無法運作，影響區域擴及人口聚集的西部城市地區，加上停電發生於通勤高峰時間，造成人民生活不便。

但當時，為了保護半導體產業不受影響，當地政府將當晚殘存的電力全都供給了三大科學園區的半導體工廠，這才使得全球最大的晶元代工廠台積電在這次停電中「毫髮無傷」。

要知道，一座先進位程的半導體產線停電幾小時就有可能造成數千萬美元的損失。

此後，民進黨主席蔡英文堅持的「2025非核家園計劃」也不得不做出調整，「以核養綠」公投過關，廢止了2025年核能發電設備全部停止運轉的計劃，這也使得2018年台灣核能供應相比2017年有所增加。

先進位程最「燒電」，台積電EUV光刻機一天耗電90萬度

晶元製造每一個都需要經過3000多道工序才能完成，而這其中需要用到大量的半導體設備，並一直維持「恆溫」、「高壓」等各種複雜環境，這一切都需要「電」，「製程」越先進，用的電就越多。

在眾多設備中，光刻機的耗電量尤為巨大。光刻機通過光線曝光，將掩膜板上的精密圖形印製在矽片之上。這就需要發電進行照明，並且，這對光的要求很高。

EUV光刻機重量達180噸，體積十分龐大，需要0.125萬千瓦的電力，來維持250瓦的功率。據悉台積電僅EUV光刻機便有30台，30×0.125便是3.75萬千瓦，那麼，30台EUV光刻機一天耗電就是90萬千瓦，就是90萬度電。

而且，為了防止溫度過高，還需要設置龐大的水冷系統。

而且，製造晶元對環境的要求極為苛刻，為了常年維持適宜的生產環境，台積電不得不耗費大量的電力。

據悉，晶元製造需要常年保持22度的恆溫。而且，還要保持超凈的環境，這就需要將水與空氣進行多級的過濾。如此一來，都有大量的電在不知不覺中被消耗。

根據台積電企業社會責任報告書，2019 年，包括台灣廠區、WaferTech、台積電（中國）、台積電（南京）、采鈺公司，台積電全球能源消耗量為 143.3 億度，比五年前增加了 54.12 億度，近五年每年平均年增長率 12.5%。

如此巨大的用電量也就可想而知了。

而台灣省的能源結構顯然不足以提供足夠的電力能源。

上圖是2019年台灣省發電結構以及再生能源發電種類佔比示意圖。

可以看到的是，主力還是煤炭和天然氣，而這些能源則絕大部分依賴進口，煤炭消費全部依賴進口，約1/2來自澳大利亞；天然氣消費絕大部分依賴進口，1/2來自亞太。而石油供應佔比不大，也完全依賴進口，再生能源（太陽能、風力等）佔比非常小。

排名第三的核能則由於蔡英文政府的「2025非核家園計劃」未來不會有很大的增長，甚至會逐步退出。

隨著台灣半導體產業對於電力需求的快速增長，台灣的能源供需尤其是電力供需矛盾未來將會日益突出。

台積電「缺電」還將持續

早在2015年底，馬英九到台積電中科廠參觀時，當時台積電董事長張忠謀就指出，「目前台灣最大的隱憂之一就是缺電」，並預言台灣2017年可能面臨限電危機。

雖然台積電也在積極布局綠色製造，能源管控等，但始終被當地能源環境所掣肘，所以布局海外建廠或許是更加適合的途徑。

今年5月，台積電曾披露有意在美國亞利桑那州鳳凰城建立一個5nm晶元製造工廠，如果這項投資得到落實，這將是台積電在美國的第一個先進位造工廠。上個月，台積電同意在亞利桑那州註冊一家全資子公司，註冊資本為35億美元。

而鳳凰城政務會以9比0的投票表決結果，批准了台積電這一計劃。工廠將於2021年初開始建設。

既然「缺電」已成事實，除了「節電」，更有希望的就是「開源」了。