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台积电「缺电」!30台EUV光刻机一天耗电90万度

【新智元导读】台积电成功延续摩尔定律,2nm制程研发获得重大突破,有消息称2nm芯片将在2023年上半年进行风线生产,2024年开始批量生产。随着先进制程不断突破,台积电对用电量的需求也会持续大幅上涨,但是面临「缺电」局面,台积电除了绿色节约,如何才能「开源」呢?


  新智元报道

  编辑:LQ

  【新智元导读】台积电成功延续摩尔定律,2nm制程研发获得重大突破,有消息称2nm芯片将在2023年上半年进行风线生产,2024年开始批量生产。随着先进制程不断突破,台积电对用电量的需求也会持续大幅上涨,但是面临「缺电」局面,台积电除了绿色节约,如何才能「开源」呢?

  今年冬天特别「缺电」。

  最近,湖南、江西、浙江等地开始限电,多年不见的「拉闸限电」又回来了。

  2004、2011年,中国曾出现大规模的「用电荒」现象。

  厦门大学中国能源政策研究院院长林伯强在接受媒体采访时指出,从目前情况看,现在只是季节性、区域性的用电紧张,主要还是受「极端寒潮天气」、「经济强势反弹」以及「动力煤供应偏紧」等影响,全国的电力供应完全有保障,「大家不必恐慌」。

  电力供给对工业和经济发展的影响不言而喻。不仅是大陆,一水之隔的台湾省最近也面临电力供应紧张。

  这和台湾省用电大户「台积电」有关,而且不仅是今年,而是由来已久。


  作为全球最大的芯片代工厂,台积电凭一己之力强力拉动全台地区的平均用电水平,赶超冰岛等人均用电大国。

  具体来看,2018年,中国台湾地区全年用电量达2191亿度。而台湾户籍登记人口则为2358.9万人(2018年底数据)。按照此数据来计算,2018年,台湾人均年耗电量已经超过了9288kW·h,远超冰岛(5777kW·h)等人均耗电量排名靠前的国家。

  甚至早在几年前,台积电的用电量就占据了全岛用电量的5%以上。

  从用电量就可以看出半导体产业不可撼动的地位。

  作为支柱产业,台湾省在扶持以台积电为代表的几大半导体产业上可谓不遗余力。

  一个典型的案例就是2017年的「815全台大停电」。

  当时台湾岛省本岛各地发生的大规模无预警停电事件,具体原因是天然气管线更换部件出现意外造成的。

  停电发生在16时51分-当晚23时,事故间接造成一人死亡(因使用蜡烛引发火灾)、一人受伤,使得受影响之供电分区内的许多商家暂停营业、道路照明无法运作,影响区域扩及人口聚集的西部城市地区,加上停电发生于通勤高峰时间,造成人民生活不便。

  但当时,为了保护半导体产业不受影响,当地政府将当晚残存的电力全都供给了三大科学园区的半导体工厂,这才使得全球最大的芯片代工厂台积电在这次停电中「毫发无伤」。

  要知道,一座先进制程的半导体产线停电几小时就有可能造成数千万美元的损失。

  此后,民进党主席蔡英文坚持的「2025非核家园计划」也不得不做出调整,「以核养绿」公投过关,废止了2025年核能发电设备全部停止运转的计划,这也使得2018年台湾核能供应相比2017年有所增加。

  先进制程最「烧电」,台积电EUV光刻机一天耗电90万度

  芯片制造每一个都需要经过3000多道工序才能完成,而这其中需要用到大量的半导体设备,并一直维持「恒温」、「高压」等各种复杂环境,这一切都需要「电」,「制程」越先进,用的电就越多。

  在众多设备中,光刻机的耗电量尤为巨大。光刻机通过光线曝光,将掩膜板上的精密图形印制在硅片之上。这就需要发电进行照明,并且,这对光的要求很高。


  EUV光刻机重量达180吨,体积十分庞大,需要0.125万千瓦的电力,来维持250瓦的功率。据悉台积电仅EUV光刻机便有30台,30×0.125便是3.75万千瓦,那么,30台EUV光刻机一天耗电就是90万千瓦,就是90万度电。

  而且,为了防止温度过高,还需要设置庞大的水冷系统。

  而且,制造芯片对环境的要求极为苛刻,为了常年维持适宜的生产环境,台积电不得不耗费大量的电力。

  据悉,芯片制造需要常年保持22度的恒温。而且,还要保持超净的环境,这就需要将水与空气进行多级的过滤。如此一来,都有大量的电在不知不觉中被消耗。

  根据台积电企业社会责任报告书,2019 年,包括台湾厂区、WaferTech、台积电(中国)、台积电(南京)、采钰公司,台积电全球能源消耗量为 143.3 亿度,比五年前增加了 54.12 亿度,近五年每年平均年增长率 12.5%。

  如此巨大的用电量也就可想而知了。

  而台湾省的能源结构显然不足以提供足够的电力能源。


  上图是2019年台湾省发电结构以及再生能源发电种类占比示意图。

  可以看到的是,主力还是煤炭和天然气,而这些能源则绝大部分依赖进口,煤炭消费全部依赖进口,约1/2来自澳大利亚;天然气消费绝大部分依赖进口,1/2来自亚太。而石油供应占比不大,也完全依赖进口,再生能源(太阳能、风力等)占比非常小。

  排名第三的核能则由于蔡英文政府的「2025非核家园计划」未来不会有很大的增长,甚至会逐步退出。

  随着台湾半导体产业对于电力需求的快速增长,台湾的能源供需尤其是电力供需矛盾未来将会日益突出。

  台积电「缺电」还将持续

  早在2015年底,马英九到台积电中科厂参观时,当时台积电董事长张忠谋就指出,「目前台湾最大的隐忧之一就是缺电」,并预言台湾2017年可能面临限电危机。

  虽然台积电也在积极布局绿色制造,能源管控等,但始终被当地能源环境所掣肘,所以布局海外建厂或许是更加适合的途径。

  今年5月,台积电曾披露有意在美国亚利桑那州凤凰城建立一个5nm芯片制造工厂,如果这项投资得到落实,这将是台积电在美国的第一个先进制造工厂。上个月,台积电同意在亚利桑那州注册一家全资子公司,注册资本为35亿美元。

  而凤凰城政务会以9比0的投票表决结果,批准了台积电这一计划。工厂将于2021年初开始建设。

  既然「缺电」已成事实,除了「节电」,更有希望的就是「开源」了。

THE END
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