中國臺灣地區又雙叒叕電力不足了。

近幾年，不少媒體都在關注臺灣電力問題。2017年8月，因備用容率嚴重不足，大潭電廠部分機組跳機，影響592萬戶居民用電；2021年5月又經歷連續兩次備用容率不足，先后影響462萬與100萬戶居民用電；今年3月又因事故導致南部地區供電失衡，549萬戶局面再次面對停電困擾。

一次又一次的大范圍停電，背后其實有一只龐大的“電老虎”在瘋狂吞噬電力，那就是臺積電。

從臺積電的年報可以看出，2017年開始臺積電芯片代工業務業績飛漲，外加與三星電子的“代工戰爭”愈發激烈，來自ASML的EUV極紫外光刻機大量進口。就是在這個時間段內，中國臺灣一步步陷入了用電危機。

近日，為制造制程更先進、耗電更少的芯片，往往制造需要大量的電力。光刻機巨頭ASML最先進極紫外（EUV）光刻機，每臺預估耗電1MW（megawatt，百萬瓦），約為前幾代設備的10倍。鑒于目前中國臺灣地區用電緊張的局勢，恐將繼續影響全臺用電。

為什么芯片代工這么費電？EUV光刻機又為什么被稱為電力黑洞？

極紫外光的特殊性質

我們知道，光線在穿過不同介質時會發生折射現象，不同波長的光線折射角度也不同。

第一次發現這一原理的人是牛頓。他將太陽光逛街穿過三棱鏡后，發現了太陽光是由多種顏色的光組成的。其中的原理就是因為不同波長的光線折射率不同——紅光波長較長，折射角度小，紫光波長短，折射角度大。

通過運用這一原理，我們將重要的交通信號燈與車尾設置為紅色，即使在霧天司機也可以在遠處看到燈亮。

紅光的穩定為我們帶來了安全便捷的交通環境，而在光譜的對面——紫光區域，則是另一番景象。

EUV（Extreme Ultra-violet）——極紫外光，通常指波長為10-14納米的光源，具體為波長13.4nm 的紫外線，它的光路極易受到外界干擾。

為了達到超高的精確度來將光路圖刻在晶圓上，芯片工程師們采用了不易發生衍射的短波光線——極紫外光。然而光線在從光源發射最終落地晶圓之前，需要經過十幾次反射與折射，在 “長途跋涉”之后，到達晶圓的光線強度已經微乎其微。公開數據顯示，當光線從光源到達晶圓的時候，光線強度度僅剩2%。

解決這一問題最簡便的方法就是增大光源功率，目前ASML公司的EUV的極紫外光光刻機的輸出功率是 250 瓦，要達到這樣的輸出功率，需要0.125萬千瓦的電力輸入才能維持——相當于2777塊3090ti顯卡全功率運行。就是這樣的“電力黑洞”，僅維持極紫外光源這一項工作，一天就要消耗近3萬度電。

此外，超高功率的極紫外激光光源在工作時會產生大量熱量，為了維持光源穩定，也需要優秀且完備的冷卻、散熱系統來保證設備正常工作。

為了維持光線在光刻機內的留存率，光刻機內需要保持真空狀態，來避免本就“脆弱”的極紫外光線被空氣吸收。

據悉，目前臺積電擁有80 臺EUV 設備，且正在安裝更新下一代。照此估算，臺積電一年僅這80臺EUV光刻機的耗電量將高達8億千瓦時。而這也僅僅只是臺積電晶圓制造的上百個環節當中最為耗電的其中一個部分。

光刻之外

電力消耗依舊不少

除了光刻曝光，刻蝕、離子注入、氣相沉積等流程也是極其耗電的。

晶圓光刻曝光后，還需刻蝕、離子注入等階段來雕刻集成電路。我們以干法刻蝕舉例。干法刻蝕就是利用等離子體進行薄膜刻蝕的一項技術，具有各向異性。通過電場將離子流加速，轟擊半導體材料表面來移走特定的硅原子。刻蝕后再將各種離子（如P與N離子）通過電場加速轟擊刻蝕好的溝道內，來形成P-N結等電路結構。

目前芯片內部結構極其復雜，電路之間聯系緊密，間距極小。一塊芯片從開始制造到形成集成電路，像刻蝕、離子注入等流程要重復上百次，電力的大量消耗也在所難免。

今明兩年，臺積電將在中國臺灣規劃建設11座晶圓廠，其中大部分為生產2-3nm先進制程的晶圓廠。EUV光刻機必不可少，外加大量配套的刻蝕機等其他設備，因此臺積電耗電量還會進一步大幅增長。

臺積電2020年的耗電量就達到160億度，占據整個中國臺灣5.9%的用電總量。2021年臺積電實際用電量已接近170億度。預計2025 年，臺積電的耗電量將將占中國臺灣整體能源消耗的12.5%，較2020年的近6%還要高出1倍。

然而，中國臺灣地區還沒能擺脫“用愛發電”的束縛。

多次的“廢核運動”，讓當地已經建設好的核電廠無法獲得有效維護。業內人士指出，中國臺灣有許多需要運行如此高耗能設備的晶圓廠，使可再生能源更重要緊迫，但中國臺灣卻嚴重依賴化石燃料。

高能耗帶來的電力危機，注定是半導體制造業繞不開的問題。如何省電，將成為芯片制造業的一大挑戰。