1臺(tái)EUV光刻機(jī)1年耗電超1000萬(wàn)度！2025年臺(tái)積電將消耗全臺(tái)12%電力
8月25日消息，據(jù)彭博社報(bào)導(dǎo)，為制造制程更先進(jìn)、耗電更少的芯片，往往制造需要大量的電力。
光刻機(jī)巨頭ASML最先進(jìn)極紫外（EUV）光刻機(jī)，每臺(tái)預(yù)估耗電1MW（megawatt，百萬(wàn)瓦），約為前幾代設(shè)備的10 倍，加上制造先進(jìn)制程芯片還沒有其他替代設(shè)備，因此半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展，恐嚴(yán)重影響全球減碳進(jìn)度。
而EUV光刻機(jī)之所以耗電，主要是由于“EUV 的能源轉(zhuǎn)換效率（wall plug efficiency）只有 0.02% 左右。
而造成轉(zhuǎn)換率低的一大原因是，極紫外光本身的損耗過大。
極紫外光物理特性與一般常見的紫外光差異極大。這種光非常容易被吸收，連空氣都不透光，所以整個(gè)生產(chǎn)環(huán)境必須抽成真空；同時(shí)，也無(wú)法以玻璃透鏡折射，必須以硅與鉬制成的特殊鍍膜反射鏡，來修正光的前進(jìn)方向，而且每一次反射仍會(huì)損失 3 成能量，但一臺(tái) EUV 機(jī)臺(tái)得經(jīng)過十幾面反射鏡，將光從光源一路導(dǎo)到晶圓，最后大概只能剩下不到 2% 的光線?！边@也是 EUV 機(jī)臺(tái)如此耗電的主因之一。
如果按照前面的EUV能源轉(zhuǎn)換效率只有0.02% 來計(jì)算，目前先進(jìn)的能輸出 250 瓦功率的 EUV的機(jī)臺(tái)，需要輸入0.125萬(wàn)千瓦的電力才能達(dá)到，這個(gè)耗電量是傳統(tǒng)氬氟雷射的 10 倍以上。換句話來說，就是一臺(tái)輸出功率250W的EUV光刻機(jī)工作一天，將會(huì)消耗3萬(wàn)千瓦時(shí)，也就是說，一年的耗電量就超過1000萬(wàn)千瓦時(shí)。
報(bào)道稱，臺(tái)積電目前擁有80 臺(tái)EUV 設(shè)備，且正在安裝新一代的EUV設(shè)備。照此估算，臺(tái)積電一年，僅這80臺(tái)EUV光刻機(jī)的耗電量將高達(dá)8億千瓦時(shí)。而這也僅僅只是臺(tái)積電晶圓制造的上百個(gè)環(huán)節(jié)當(dāng)中最為耗電的一個(gè)部分。
根據(jù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，臺(tái)積電2020年的耗電量達(dá)到了160億千瓦時(shí)，占據(jù)整個(gè)臺(tái)灣5.9%的用電總量。2021年臺(tái)積電實(shí)際用電量已接近170億度。另外，由于近兩年的缺芯推動(dòng)了臺(tái)灣島內(nèi)晶圓廠的建設(shè)開始加碼。資料顯示，今明兩年，臺(tái)積電將在臺(tái)灣島內(nèi)興建11座晶圓廠，其中大部分為生產(chǎn)3nm及2nm先進(jìn)制程的晶圓廠。由于這些尖端制程晶圓廠必須用到EUV光刻機(jī)，因?yàn)楹碾娏繉?huì)進(jìn)一步大幅增長(zhǎng)。
彭博社稱，照這樣運(yùn)作，預(yù)計(jì)2025 年，臺(tái)積電的耗電量將將占全臺(tái)灣整體能源消耗的12.5%，較2020年的近6%還要高出1倍。除了臺(tái)積電，美光臺(tái)中廠也使用至少一種EUV 設(shè)備。
彭博分析師Charles Shum 預(yù)估，3 年內(nèi)臺(tái)灣的晶圓代工廠四分之一芯片制造都需要用到EUV 設(shè)備。
臺(tái)灣中央大學(xué)管理講座教授梁?jiǎn)⒃匆舱J(rèn)為，除非晶圓廠開始自己蓋發(fā)電廠，否則臺(tái)灣沒有足夠電力滿足產(chǎn)業(yè)需求。
綠色和平組織的氣候和能源活動(dòng)家Tracy Cheng 指出，半導(dǎo)體廠對(duì)臺(tái)灣經(jīng)濟(jì)至關(guān)重要，其他地區(qū)恐會(huì)更強(qiáng)烈感受到電力短缺影響，且缺電肯定會(huì)發(fā)生，“臺(tái)積電占用全臺(tái)灣大部分能源供應(yīng)，損害其他產(chǎn)業(yè)。”
臺(tái)積電生產(chǎn)對(duì)環(huán)境的影響程度，主要取決于發(fā)電來源。研究業(yè)者Imec 永續(xù)發(fā)展專案主管Lars-Ake Ragnarsson 指出，臺(tái)灣有許多需要運(yùn)行如此高耗能設(shè)備的晶圓廠，使可再生能源更重要緊迫，但臺(tái)灣卻嚴(yán)重依賴化石燃料。
臺(tái)灣政府2016 年制定目標(biāo)，到了2025 年，20%電力來自可再生能源。然而7 月最新能源審查顯示，截至2021 年底，只有6% 電力是可再生能源，促使當(dāng)局下調(diào)2025 年目標(biāo)至15%。
整體來說，雖然有機(jī)會(huì)找到更環(huán)保的方式制造芯片，但沒有任何廠商愿意放慢腳步。Ragnarsson 認(rèn)為，半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展過于迅速，也有很多問題需解決，但這需要時(shí)間和成本，如果什么都不做，問題只會(huì)更糟。
