“缺电”或掣肘台积电甚至台湾地区的半导体产业发展？

5月13日和5月17日，中国台湾地区发生了两次大面积断电，这着实让半导体产业“捏了把汗”。众所周知，若在芯片生产的过程中出现断电，晶圆就会直接受损报废，从而造成巨大的损失。台积电创始人张忠谋也曾多次公开表示：“台积电一分钟都不能缺电，停电对于公司的影响几乎不可估计。”

由此可见，电力对于晶圆代工厂至关重要。与此同时，晶圆制造过程中的耗电量也是十分惊人的。那么台积电的用电量如何？晶圆制造为何如此费电？台湾地区的供电状况如何？

电力“黑洞”

在全台经历了两次大范围的停电后，有消息称台湾地区“经济部”高层致电给台积电，希望能暂停部分产线用电，晶圆厂能启动紧急发电系统以帮助渡过供电难关。

相关部门随后回应称台电公司与台积电的需求响应（Demand Response）合作模式，是鼓励公司在用电尖峰的短时间内，在不影响产能的情况下使用自用发电设备供电，也可以减少从电网内购入的电力，降低电力系统负担。

可见台积电的用电量是相关部门所“忌惮”的。台湾地区官员高金素梅也指出，台积电是最大工业用电户，自2010年到2019年，用电增加223.8％；2020年台积电5nm厂投产，一年用电量是63亿度，超过台湾地区东部56万人口的用电量；明年台积电3nm厂投产，每年用电量将达77亿度，超过台南市一年的民生及商业用电，一个3nm厂，用电量等于整个台湾地区用电量的3％。

另从数据上来看，2019年，台积电（包括中国台湾厂区、WaferTech、台积电（中国）、台积电（南京）、采钰公司）全球电能的消耗量为143.3亿度，占整个台湾地区电能的6%左右；2020年台积电全球电能的消耗量超160亿度电。

未来，随着先进制程的发展以及更多的EUV光刻机的导入，台积电的用电量将持续增加。有外资分析师指出，台积电未来“极有可能”消耗台湾地区百分之十以上的电力。

晶圆制造为何如此耗电？

首先是EUV光刻机的导入，相关资料显示，台积电8厂的EUV设备投入量产之后，台南园区的用电量就暴增，在2019年底首度超越了新竹园区。

据了解，EUV设备以波长为10-14纳米的极紫外光作为光源的光刻技术，为了达到更高的精度和更细的光刻线路，极紫外光从光源出发，需要经过十几次反射。由于极紫外光能被空气、折射透镜等材料吸收，到达晶圆时仅剩下不到2%的光线。

目前ASML公司的EUV光刻机的输出功率是250瓦，需要0.125万千瓦的电力输入才能维持该输出功率。ASML虽然没有公开过EUV光刻机具体的能源转换效率，不过SK海力士曾表示，“EUV的能源转换效率只有 0.02% 左右。”可见光是EUV光刻机这一项耗电量就如此惊人。

其次晶圆制造需要超净的生产环境，倘若发生污染，生产线上的晶圆将会作废。因此整个超净间需要制冷和恒温控制，温度全年控制在22℃左右，这也就意味着每天超净间的正常运作都将消耗大量的电能。

另外，还需要热处理设备和离子设备，芯片生产的过程很多时候需要涉及到上千度的高温，这部分涉及到的功耗也极其惊人。

“缺电”危机

除了晶圆制造本身是个耗电巨大的行业外，台湾地区的用电情况早已“捉襟见肘”。台积电创始人张忠谋早已警告称台湾地区最大的隐忧之一就是缺电，台积电每个厂都有备用电源。

业界人士也指出，台湾地区电力供应若找不到有效的解决方案，每年到了夏日就要面临分区停电的状况。

台湾地区陷入缺电危机的历史渊源起于2011年的福岛核电站事件，受此事件影响，台湾地区民众起了严重的反核情绪。为此，同年台湾地区民进党抛出了“2025非核家园计划”，即在2025年完全停止核能发电。这一政策导致台湾地区核一、核二、核三，三个电厂最高时只有一半机组在运行，而耗资2800多亿新台币兴建的核四厂还未运作就被封存。

在台湾地区相关部门通过上述计划数月后，2017年8月15日全台发生了大断电，668万户居民受到影响，大半个台湾地区濒临瘫痪。而台湾地区将当晚残存的电力全都供给了三大科学园区的半导体Fab厂，这才使得台积电等Fab厂逃过了此次危机。而这也并不是台湾半导体行业遇到的唯一一次危机。

今年1月9日，联电8英寸晶圆厂跳电；4月14日，台积电位于南科的P14厂突然断电，业内估计，受此影响，台积电有3万片晶圆受影响，损失金额在10亿元新台币（约合2.3亿元人民币）以内；5月13日和5月17日全台经历了两次大范围的停电。

为了缓解台湾地区的用电压力，台积电积极推行再生能源并持续提升能源使用效率。

台积电于去年7月加入了全球再生能源倡议组织（RE100），成首家加入RE100倡议的半导体公司，并承诺到2050年，将100%使用可再生能源。

与此同时，为了推动绿色制造，台积电携手应用材料与附属设备供应商，针对非生产区的附属设备，打造“iSystem物联网智能节能控制系统”。台积电预计预计未来每年可省电8200万度。

据工研院产业科技国际策略发展所（ ISTI）模型与参考美国节能经济委员会研究推导分析，台积电持续推动绿色制造与高效节能半导体技术，估计至2030年台积电每使用1度生产用电，能为全球省4度电。

结语：晶圆制造所耗费的电力之大有目共睹，占据了全球约56%代工市场份额的台积电更是成为了电力“黑洞”。台积电绿色制造的践行也成为了业界的范本，不过台湾地区开始实施“2025非核家园计划”后便陷入了电力供应吃紧危机。未来“缺电”是否会掣肘台积电甚至台湾地区半导体产业的发展成为了值得深思的课题。