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09月02日

造芯片有多耗电?台积电一年用了143.3亿度

作者 : admin | 分类 : 焦点新闻 | 超过 24 人围观 | 已有 0 人发表了看法
原标题:造芯片有多耗电?台积电一年用了143.3亿度

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。

造芯片有多耗电?台积电一年用了143.3亿度

总之,这是一个恐怖的数字,够一个普通的三口之家用几百万年。

然而,放在台积电这,它只够用一年。

根据台积电企业社会责任报告书,2019 年,包括台湾厂区、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%。

造芯片有多耗电?台积电一年用了143.3亿度

芯片制造为何如此耗电?这些电都用到哪里去了?

造芯片有多耗电?台积电一年用了143.3亿度

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维持超净、恒温环境

在去年的文章《沙子是如何变成芯片的》里,科技君科普了芯片制造全过程。

做出一个芯片需要经过硅纯化、抛光、电镀、光刻、蚀刻等数个步骤,细分下来有3000多步工序。

而在各个步骤中,需要维持超净、恒温、高温高压、真空、强电磁场等条件。

这些都会消耗巨大的电能。

其中的大头在超净和恒温方面,那篇文章中有提到:

“由于芯片制造对工艺要求极高,需要在无尘环境中进行,所以在几十个足球场那么大的工厂里,水和空气都经过多级过滤,比医院的手术台还要干净10万倍。”

造芯片有多耗电?台积电一年用了143.3亿度

如此巨大的超净空间,而且是全年365天,全天24小时维持着,能不耗电吗?

还没完,除了对水和空气进行多级过滤,你还得让温度全年控制在22度左右。

毕竟如今的工艺精度已经来到了几纳米,温度一下变化太大,热胀冷缩说不定就刻歪了。

如此一来,耗电量又翻了个倍。

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EUV光刻机

除了维持环境,另一大耗电巨头是EUV光刻机(极紫外光刻)。

EUV光刻机,当前最先进的光刻设备,1.2亿美元一台,华为麒麟990 5G及苹果A13,便通过它生产出来。

造芯片有多耗电?台积电一年用了143.3亿度

这玩意儿有多耗电呢?

我们平时用电来发光得到照明,目前市面上的LED产品,电光转换效率是最高120lm/W,大约是理论值的34%。

2010年1月Cree公司发布的208lm/W的白光LED,其电光转换效率已达到64%。

然而,极紫外光的电光转换效率,却只有0.02%左右,低到可怕。

造芯片有多耗电?台积电一年用了143.3亿度

目前ASML最先进的EUV光刻机,能输出250瓦功率,需要输入0.125万千瓦的电力才能维持。

也就是说,一台输出功率为250瓦的EUV光刻机工作一天,光是光源这一项,就会消耗3万度电。

而这样的光刻机,台积电有几十台,还有几百台其它型号的光刻机……

你说,这能不耗电吗?

造芯片有多耗电?台积电一年用了143.3亿度

还没完。能量守恒定律大家都知道吧,那些没被转换成极紫外光的电能,并不会凭空消失,而是变成了热能。

这些热能你必须找办法给散掉,不然几秒钟内,就能将价值1.2亿美元的EUV光刻机给烧掉。

怎么散?

据悉,当初台积电的EUV实验机组,水冷系统整个架起来,就有一个房间这么大。

而台积电工厂的EUV量产系统输出功率,是实验机组的上万倍......

技术啥的咱先不提,这套冷却系统电量消耗一定少不了。

造芯片有多耗电?台积电一年用了143.3亿度

台湾地区缺电难题

以上提到的两个,只是台积电用电的大头,硅纯化、抛光、电镀、蚀刻等步骤,同样会消耗大量的电能。

而且,随着工艺的进步,EUV光刻机将全面取代DUV光刻机,未来台积电耗电量会进一步增加。

根据《天下杂志》报道,台湾地区过去5年用电的增长量,约有1/3都是由台积电贡献的。

而随着新一代的5纳米EUV技术导入,用电量还将暴增,可达目前主流制程的1.48倍。

造芯片有多耗电?台积电一年用了143.3亿度

与台积电这个吞电巨兽对应的,是台湾地区的缺电难题。

台湾作为一个小岛,本身缺乏煤矿石油,又没有什么大江大河。

因此,水电火电都不咋地,只有靠核电支撑,才能维持得了生活。

可问题是,湾湾同胞们是个对环境保护极其上心的群体,觉得核电不环保,在15年搞了个数万人参加的“废核大游行”。

造芯片有多耗电?台积电一年用了143.3亿度

可惜,用爱真发不了电,在台积电疯狂增长的用电需求面前,台湾电力资源日以紧缺。

2017年8月15日下午,台湾地区经历了有史以来最大规模的无预警停电,当时总共造成全台湾668万户瞬间用电受影响,17县市出现大规模停电,比例超过台湾总用户的一半。

芯片制造厂对供电稳定性要求极高,稍有波动,晶圆就可能全部报废,损失惨重。

2016年,西安市一高压变电站设备起火爆炸,西安东部和南部电压陡变,西安三星存储芯片产停机。

结果当时产线上的64层NAND芯片晶圆作废,损失估计达20亿左右人民币。

造芯片有多耗电?台积电一年用了143.3亿度

台积电现在要是停个电,iPhone 12系列可能就要晚个把星期才能发布了。

目前,靠着半个小岛停电也要给台积电供应的精神,5纳米工艺的耗电需求台湾勉强顶住了。

然而,几年后的3纳米工艺、2纳米工艺该怎么办?全岛电力供应它一家怕是都不太够了。

在这里,科技君欢迎台积电来大陆建厂。

2019年,台湾地区年发电量约2400亿度;而中国大陆去年年发电量为71422亿千瓦时(度),位列世界第一。

咱们这,有稳定又充足的电能,来10个台积电,咱也养得起。

所以,要不要考虑下?

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