台积电5nm制程独步天下 随之而来的一年用电量有多少?

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台积电5nm制程独步天下 随之而来的一年用电量有多少?

台积电去年成为全球第一个量产EUV制程的半导体制造厂。路透

台积电去年成为全球第一个量产EUV制程的半导体製造厂,用在台积电的7nm奈米、5nm奈米制程上,也带领台积电在半导体技术上甩开了英特尔、三星,成功获得许多订单。不过,就在他们股票节节高昇的时候,其实用电量也跟着高升。

目前半导体制程的主流光源是氩氟雷射,波长为 193 nm,当电晶体尺度已微缩到几十奈米时,就像用一支粗毛笔写小字一般力不从心。而极紫外光的波长仅有 13.5 奈米,这也使得 EUV光刻机成为了晶片厂攻克7nm、5nm甚至更高制程工艺的关键。

但是这个EUV光刻机除了售价高昂之外,其耗电也是非常之惊人。因为极紫外光本身的损耗过大,在过程中非常容易被吸收,因此整个生产环境必须抽成真空,更必须以硅与钼製成的特殊镀膜反射镜,来修正光的前进方向,而且每一次反射仍会损失 3 成能量,但一台 EUV 机台得经过十几面反射镜,将光从光源一路导到晶圆,最后大概只能剩下不到 2% 的光线。

台积电5nm制程独步天下 随之而来的一年用电量有多少?

如果按照前面的EUV能源转换效率只有0.02% 来计算,目前先进的能输出 250 瓦功率的 EUV的机台,需要输入0.125万千瓦的电力才能达到,这个耗电量是传统氩氟雷射的 10 倍以上。换句话来说,就是一台输出功率250W的EUV机器工作一天,将会消耗3万度电,这个数字确实吓人。

根据天下报导,台积18厂的EUV设备投入量产之后,台南园区的用电量就暴增,不但在去年底首度超越新竹园区,今年6月更创下153万瓩的历史新高,较去年同期大增了25%。原先台积电设定2019年单位产品用电量目标,要较基准年(2010年)降低11.5%,但是在2019年台积不但没有达标,反而还较基准年大幅上升17.9%。

而台积电企业社会责任报告书中显示,在去年2019年一年,包括台湾厂区、WaferTech、台积电(中国)、台积电(南京)、採钰公司,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%。由此也可以看出,台积电在製程上的进步,必须要以用电量来换取代价。

而与此同时,台积电也积极推再生能源,并且持续提升能源使用效率。台积电日前宣布加入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。台积电承诺,到2050年,将100%使用可再生能源。

台积电5nm制程独步天下 随之而来的一年用电量有多少?

就在上个月,台积电已经与风电公司沃旭签署协议,承包其两座风电场未来20年的发电量,预计每年将消耗34.5亿度绿色电力。而台湾在2019年绿色能源的发电量为140亿度,对照台积电去年全球用电量就高达143.3亿度,计算下来还不够台积电一家的使用量。

而在台积电继续追求3nm製程的情况下,台电也预估,台积电南科3nm新厂一年耗电量约70亿度,由此可预期,2022年3nm量产后,用电量还会大幅成长。

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