台积电工厂年耗电量将达70亿度 “缺电”或成最大威胁!
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日前有媒体报道称,台积电已经成功开发了2nm工艺,而2nm工厂预计将落脚于新竹科学园区宝山园区,且台积电也持续积极布局2nm以下的先进制程,传闻可能会在高雄设厂。至于2nm的进度,消息称台积电将在2023年上半年进行风险生产,2024年开始批量生产。 不过,台积电对此消息回应称,目前已投入2nm制程技术研发,不过,尚无具体量产时间。 台积电过去约每2年推进一个世代制程技术,今年下半年5nm制程大量生产,3nm预计2022 年下半年量产(资料显示,台积电3nm工艺比5nm工艺的晶体管密度高70%,性能提高15%,功耗降低30%)。因此,外界推测,台积电2nm大约会在2025 年之前量产。 与此同时,根据中国台湾地区经济部能源局公告显示,2022年到2023年应备总供电容量增加近100万千瓦,2024年到2025年进一步大增257.6万千瓦。由于台积电是台湾的用电大户,从台湾供电容量的增加幅度来看,外界猜测,台积电2nm制程有望于2025 年前量产,与台湾用电负载激增时间吻合。 台积电:台湾最大的耗电大户 根据世界能源署统计,2012年台湾人均年耗电量已经达到约10800千瓦时,超过日本、韩国,成为亚洲非产油国家和地区人均耗电量之最。而2014年中国大陆的人均年耗电量才4740千瓦时,不到台湾地区2012年的一半。 不过以上数据可能与台湾公布数据存在一些出入。根据台电统计数据显示,2012年民生用电售电量576.45亿度,工业用电1176.48亿度。截至2012年底,台湾人口约2331.58万人。以此数据来估算,台湾的人均年耗电量约为7518度。 根据电公司统计的数据显示,中国台湾地区2018年全年用电量达2191亿度。而2018年底,台湾户籍登记人口则为2358.9万人。按照此数据来计算,2018年,台湾人均年耗电量已经超过了9288千万时,远超冰岛等人均耗电量排名靠前的国家。 △根据美国中央情报局2016年的数据显示,虽然中国电力产量居世界首位,但人均能源消耗量居世界第63位。而人均耗电量最多的国家则是冰岛,达到了5777千瓦时。 而台湾地区人均年耗电量如此之高的关键原因则是,台湾庞大的半导体产业消耗了大量的电能,导致台湾的人均年耗电量“被平均”了。 而在台湾半导体厂商当中,台积电一直都是最大的用电大户,几年之前,台积电的用电量就占据了全台湾用电量的5%以上。 根据台积电企业社会责任报告书,2016年台积电用电量就已高达88.53 亿度,较前2015年增加了11%。当时台积电仅在竹科的Fab耗电功率已经超过72万千瓦。 2019年,包括中国台湾厂区、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%。资料显示,过去五年,全台湾增长的电量,其中1/3都被台积电给消耗了。 先进制程产线最为耗电:一台EUV光刻机,一天耗电3万度?3nm工厂年耗电量将达70亿度 台积电造的每一颗芯片需要经过数千道工序才能完工,而这其中需要利用大量的半导体设备,并一直维持恒温、高压等各种复杂环境,这一切都需要电,造的芯片越多、制程越先进,用的电就越多。 数据显示,先进制程机台用电量占台积电公司能源使用50%以上,同时考虑先进制程机台数量逐年增加,台积电对于电能的消耗将进一步快速增长。 由于7nm以下的先进工艺制程必须要使用EUV光刻机,而EUV光刻机的大量使用将会对台湾的供电能力提出巨大挑战。 SK 海力士此前曾表示,“EUV 的能源转换效率(wall plug efficiency)只有 0.02% 左右。”而造成转换率低的一大原因是,极紫外光本身的损耗过大。 “极紫外光物理特性与一般常见的紫外光差异极大。这种光非常容易被吸收,连空气都不透光,所以整个生产环境必须抽成真空;同时,也无法以玻璃透镜折射,必须以硅与钼制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。”这也是 EUV 机台如此耗电的主因之一。 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。 根据芯智讯了解,要想达到 250 瓦功率的 EUV输出,需要将多台13kW CO2激光器串联接通达到所需的功率要求,最终从等离子体源产生所需的EUV光输出。高科技产生极紫外光的过程非常低效,过去被人们比拟为“用核反应堆提供动力”,但也成为了满足半导体工业批量生产要求扩展EUV输出功率的唯一可行方式。 另外需要指出的是,如此大的耗电量也不可避免的带来了很大的发热量,因此需要部署相应的冷却系统,而这也将非常的耗电。 根据今年7月台湾媒体的报道称,随着台积电5nm的大规模量产,台积电今年的单位产品用电量相比去年上升了17.9%,而该公司拟定的目标则为降低11.5%。台媒称,以执行力著称的台积电管理团队,如此大幅落后设定目标,是极罕见的事。 台积电对此解释称,随着新制程技术与制程复杂度增加,新制程机台用电量上升,导致10nm以下制程产品用电量较16nm以上的制程倍增。有分析称,极可能是EUV导入的速度与量产之后的耗电量超乎预期。 根据预计,一个7nm的EUV产线可能只需要1台ASML EUV光刻机NXE 3400B即可,但是到了3nm制程产线,如果继续用NXE 3400B,就可能需要4台才能实现,耗电量将更为惊人。 不过,ASML也正在提升光刻机的效率,比如已推出的改进的NXE:3400C的产能从之前的125WPH(每小时处理晶圆数)提升到了175WPH,同时还将推出针对3nm及以下制程的EXE:5000系列EUV光刻机。希望届时新的EUV光刻机能够进一步提升能效比。但是,单机的能耗恐怕难以实现大幅的降低。 根据之前的预测,台积电3nm半导体制造厂开启后,预计年耗电量将达到70亿度。而等到2nm制程Fab的量产,其耗电量必然将再度上升到一个新的台阶,未来台积电的用电量将有可能超过台湾总电量的10%。 “缺电”或成台湾半导体产业发展掣肘 (编辑:52站长网) 【声明】本站内容均来自网络,其相关言论仅代表作者个人观点,不代表本站立场。若无意侵犯到您的权利,请及时与联系站长删除相关内容! |