造芯片有多耗电？台积电一年用了143.3亿度是怎样一个概念？2019年

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。

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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% 。

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芯片制造为何如此耗电？这些电都用到哪里去了？

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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。

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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。 ”

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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9905G及苹果A13 ，便通过它生产出来。

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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。

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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？

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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。

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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。

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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” 。

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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。

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【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， iPhone12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？

造芯片有多耗电？台积电一年用了143.3亿度

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