造芯片需要多少电量?台积电每年使用143.3亿度

2020-09-05 11:01   来源: 互联网

143.3亿度电,是怎样一个概念?2019年,常住人口1343.88万人的深圳市,全年居民用电146.64亿度,和它差不多。龙滩水电站,仅次于三峡的全国第二大水电站,年发电量187亿度,比它多个3成。人口495万,人均GDP4.2万美元的新西兰,2018年发电量为443亿度,仅为它的三倍。


简而言之,这是一个可怕的数字,足以让一个普通的三口之家花上几百万年的时间。


然而,只需一年时间就可以将其纳入台积电。根据台积电的企业社会责任报告,2019年,包括台湾工厂区、华基科技、台积电(大陆)、台积电(南京)和财裕公司在内,台积电全球能耗为143.3亿度,比5年前增长54.12亿度,过去5年年均增长率为12.5%。


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零售投资者附近的广告提示:出现这K线立即购买,还在等待什么?否则它会飙升!


为什么芯片制造要消耗这么多电?这些电都到哪里去了?


保持超净恒温环境


在去年的"沙子如何变成芯片"一文中,科技推广了芯片制造的全过程,它需要经过几个步骤,如硅净化、抛光、电镀、光刻、蚀刻等,其中有3000多个步骤。


每一步都要保持超清洁、恒温、高温高压、真空、强电磁场等。


所有这些都消耗了大量的电能。在超级清洁和恒温方面,文章提到:"因为芯片制造要求太高,需要在无尘环境中进行,在几十个足球场大小的工厂里,水和空气被过滤到多层,比医院的手术台清洁100000倍。


目前还没有,除了对水和空气进行多级过滤之外,你还必须全年保持温度在22度左右。毕竟,今天的工艺精度已经达到几纳米,温度变化过大,热膨胀和冷收缩可能会扭曲。结果,耗电量又翻了一番。


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EUV光刻机


除了维护环境外,另一个主要的耗电巨头是EUV光刻机(极端紫外线光刻机)。目前最先进的光刻设备EUV光刻机,每台1.2亿美元,华为麒麟9905G和Apple A13将通过它生产。


我们通常用电来发光。目前,市面上LED产品的电光转换效率高达120 lm≤W,约为理论值的34%。2010年1月,克里发布的208 lm/W白光LED的电光转换效率为64%。然而,极端紫外光的电光转换效率只有0.02%左右,这是可怕的。


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目前,ASML最先进的EUV光刻机可以输出250 W的功率,需要输入1250千瓦的电力来维护。


换句话说,一台250 W的EUV光刻机工作一天,光是光源就消耗30000千瓦的电。有几十台这样的光刻机,还有数百台其他光刻机。你的意思是,这难道不耗电吗?


它还没有结束。能量守恒定律是众所周知的,没有转化为极端紫外线的电不会从稀薄的空气中消失,而是变成热能。



你必须找到散热的方法,否则你可以在几秒钟内烧掉价值 1.2 亿美元的 EUV 光刻机。怎样?据报道,台积电的超高压实验装置的水冷系统已建成,大小为一个房间。太极发电厂超高压大批量生产系统的输出功率是实验机组的数万倍……别提技术了。这个冷却系统的耗电量是必不可少的。




上述两个问题只是台积电耗电的大头。硅的净化、抛光、电镀、蚀刻等步骤也会消耗大量的电力。而且,随着技术的进步,EUV 光刻机将完全取代 DUV 光刻机,未来台积电的功耗将进一步增加。据《世界》杂志报道,台积电在过去五年中,贡献了台湾三分之一的电力消耗增长。随着新一代 5nm EUV 技术的引入,功耗将大幅增加,达到目前主流工艺的 1.48 倍。




与台积电这个巨大的吞并权力的野兽相对应的是台湾的电荒问题。




作为一个小岛,台湾缺乏煤炭、石油和河流。因此,水电和火电都不是很好,只有依靠核电支撑,才能维持生命。但问题是,万万同胞对环境保护极为关注。他们认为核能对环境不友好。15 年来,他们组织了一次“核废料游行”,数万人参加了游行。




不幸的是,我们不能用艾珍发电。在台积电日益增长的用电需求面前,台湾电力资源日益紧缺。


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2017 年 8 月 15 日下午,台湾发生史上最大规模的无预警停电事件。当时台湾共有 668 万户家庭受灾,17 个县市发生大面积停电,占全台用户总数的一半以上。芯片制造商对电源稳定性有很高的要求。如果有波动,所有的晶圆都可能报废,损失惨重。2016 年,西安一高压变电站设备着火爆炸,西安东、南部电压骤变,西安三星存储芯片停产。结果当时生产线上的 64 层 NAND 晶片失效,估计损失约 20 亿元人民币。




如果台积电现在断电,iPhone12 系列可能要到一周后才能发布。




目前,台湾依靠半个岛内停电供应台积电的精神,勉强抵挡住 5 纳米技术的用电需求。但是,3 纳米工艺和 2 纳米工艺在几年内应该怎么做?整个岛没有足够的电力供应。在这里,台积电欢迎在中国大陆建厂。2019 年,台湾年发电量约 2400 亿度,大陆去年发电量为 71422 千瓦时(级),居世界第一。我们有稳定充足的电能。我们买得起 10 台台积电。你想考虑一下吗?


责任编辑:萤莹香草钟
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