很多人都忘了，臺(tái)積電董事長(zhǎng)張忠謀曾在2年前準(zhǔn)確預(yù)言今日的缺電危機(jī)。

2015年底，當(dāng)時(shí)的總統(tǒng)馬英九到參觀臺(tái)積電中科廠。當(dāng)時(shí)張忠謀便指出，目前臺(tái)灣最大的隱憂之一就是缺電，他并指出臺(tái)灣2017年可能面臨限電危機(jī)，“這對(duì)產(chǎn)業(yè)影響相當(dāng)大”。

張忠謀并隨后在媒體提問時(shí)指出，停電對(duì)于臺(tái)積電的影響“幾乎不可估計(jì)”。他說，臺(tái)積電每個(gè)廠都有備用電源，但備用電源的用電成本比起臺(tái)電提供的電貴3倍，如果未來(lái)長(zhǎng)期限電“這就很累了”。

其實(shí)，過去一段時(shí)間，張忠謀幾乎每次公開發(fā)言，都會(huì)提到‘電’。他到底在擔(dān)心什么？答案就藏在今年1月18日，臺(tái)灣環(huán)保署通過的臺(tái)南科學(xué)園區(qū)擴(kuò)建案的環(huán)境差異影響評(píng)估里頭。

因?yàn)榕_(tái)積電計(jì)劃于2020年量產(chǎn)的5納米工藝，決定放在南科廠，導(dǎo)致南科的用水、用電量暴增，大幅超過當(dāng)初園區(qū)的規(guī)劃量，因此依法得做環(huán)境差異影響評(píng)估。

用電增幅狂飆46%

其中，用電增幅極為驚人，從原本規(guī)劃的152萬(wàn)瓦，增加至222萬(wàn)瓦，大幅增加46%。

根據(jù)南科管理局提供給環(huán)保署的文件，臺(tái)積電的5納米工藝，估計(jì)用電量72萬(wàn)瓦，幾乎與南科申請(qǐng)新增的用電功率相當(dāng)。

這個(gè)數(shù)字究竟有多大？根據(jù)臺(tái)電信息，東部用電量約在40到50萬(wàn)瓦之間。也就是說，臺(tái)積電一個(gè)新廠的用電量，將比整個(gè)東臺(tái)灣56萬(wàn)人口的用電量還多上不少。

半導(dǎo)體的制造，本來(lái)就是高度耗電的過程。盡管臺(tái)積電每年花費(fèi)偌大人力、心力節(jié)省電力，但仍改變不了，采用各種先進(jìn)科技及復(fù)雜化學(xué)品的晶圓廠、同時(shí)也是吃電大怪獸的事實(shí)。

根據(jù)臺(tái)積電企業(yè)社會(huì)責(zé)任報(bào)告書，2016年用電量為88.53億度，較前一年增加11%。

這個(gè)用電成長(zhǎng)率，與臺(tái)積電業(yè)績(jī)的成長(zhǎng)高度符合。臺(tái)積電董事長(zhǎng)張忠謀在2009年重新接任執(zhí)行長(zhǎng)之后，每年法說會(huì)都向投資人保證，每年?duì)I收都會(huì)維持二位數(shù)成長(zhǎng)，用電量也大致維持相同比例成長(zhǎng)。

結(jié)果是，過去5年間，臺(tái)積電大舉擴(kuò)產(chǎn)，股價(jià)與業(yè)績(jī)一再創(chuàng)下新高之際。總體用電量也增加102%，整整翻了一倍有余。

“救世主”技術(shù)上線，卻是嚇?biāo)廊说睾碾?/h2>

臺(tái)積電也因此成為臺(tái)灣用電成長(zhǎng)的主要“貢獻(xiàn)者”之一。

根據(jù)能源局統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，同時(shí)間全臺(tái)灣工業(yè)部門的用電僅增加6%。而這個(gè)增加量當(dāng)中超過一半是臺(tái)積電貢獻(xiàn)。

全臺(tái)灣用電量，過去5年的增加量當(dāng)中也有33.6%，差不多三分之一的增加量由臺(tái)積電貢獻(xiàn)。

而且，在可預(yù)見的未來(lái)，這家世界級(jí)半導(dǎo)體天王每年用電增加的幅度，只怕還會(huì)加速擴(kuò)大。因?yàn)榘雽?dǎo)體工藝技術(shù)，又到了改朝換代時(shí)刻。

臺(tái)積電預(yù)計(jì)2019年量產(chǎn)的7納米工藝的第二版本──7 Plus，部分工藝將首度導(dǎo)入極紫外光（EUV）微影工藝，這是半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)期待已久的“救世主”技術(shù)。

目前半導(dǎo)體工藝的主流光源是氬氟雷射，波長(zhǎng)為193納米，當(dāng)晶體管尺度已微縮到幾十納米時(shí)，就像用一支粗毛筆寫蠅頭小字一般，生產(chǎn)起來(lái)有點(diǎn)力不從心。這也是近幾年，摩爾定律即將告終的聲浪不斷的主因。

極紫外光的波長(zhǎng)僅有13.5納米，業(yè)界期望這支“超細(xì)字小楷”能夠讓摩爾定律再延伸至少10年。

灑百億購(gòu)入夢(mèng)幻設(shè)備足以買下兩架A380

今年1月，臺(tái)積電5納米案環(huán)差評(píng)估案通過的同一星期。獨(dú)家生產(chǎn)EUV微影機(jī)臺(tái)的荷蘭商艾司摩爾（ASML）在法說會(huì)宣布，已接到EUV微影機(jī)臺(tái)6部訂單。

根據(jù)《霸榮周刊》（Barron’s）報(bào)導(dǎo)，分析師推測(cè)，臺(tái)積電訂走了其中5臺(tái)，亦即一口氣買下5.5億美元（約167.8億臺(tái)幣）的設(shè)備。

這個(gè)價(jià)錢，幾乎可以買下兩臺(tái)世界最大民航機(jī)──空巴A380。

除了昂貴之外，但對(duì)臺(tái)灣而言，EUV這個(gè)“救世主”技術(shù)還有一個(gè)大缺點(diǎn)──耗電。

有多耗電？“嚇?biāo)廊耍?rdquo;臺(tái)積電300mmFabs廠務(wù)處資深處長(zhǎng)莊子壽心有余悸地說。他今年3月在一場(chǎng)記者會(huì)時(shí)表示，他希望未來(lái)臺(tái)積電EUV用得“愈少愈好”，“因?yàn)樘F了，用的電也太大了。”

艾司摩爾至今尚未公布EUV機(jī)臺(tái)的耗電功率，但世界第二大內(nèi)存制造商、南韓的SK海力士曾在2009年的EUV Symposium表示，EUV的能源轉(zhuǎn)換效率（wall plugef ficiency）只有0.02%左右。

這個(gè)數(shù)字現(xiàn)在廣為業(yè)界引用。也就是說，當(dāng)前最先進(jìn)的EUV機(jī)臺(tái)能輸出250瓦功率的EUV，需要輸入0.125萬(wàn)瓦的電力，這個(gè)耗電量是傳統(tǒng)氬氟雷射的10倍以上。

“要把光壓到這么短的波長(zhǎng)，需要很強(qiáng)很強(qiáng)的能量，”莊子壽解釋。

連冷卻系統(tǒng)用電也不容小覷

事實(shí)上，過去幾年，EUV機(jī)臺(tái)的輸出功率過小，遲遲無(wú)法達(dá)到量產(chǎn)要求，是這個(gè)夢(mèng)幻技術(shù)一再延誤上市時(shí)機(jī)的主要理由。

臺(tái)積電法說時(shí)，負(fù)責(zé)先進(jìn)工藝的共同執(zhí)行長(zhǎng)劉德音也常被分析師問到，他期待的EUV機(jī)臺(tái)功率、量產(chǎn)速度各為多少？

在5年前，艾司摩爾試驗(yàn)機(jī)臺(tái)的輸出功率還僅有25瓦。但就在上個(gè)月，該公司達(dá)到歷史里程碑。在舊金山的2017年SemiconWest半導(dǎo)體設(shè)備展，艾司摩爾宣布，該公司已成功地將EUV光源功率提升到250瓦，晶圓生產(chǎn)速度因此達(dá)到每小時(shí)125片──這都是臺(tái)積電、英特爾等大客戶之前提出的量產(chǎn)最低要求?，F(xiàn)有的微影系統(tǒng)量產(chǎn)速度為每小時(shí)200片以上。

為什么提升功率這么難？

曾與臺(tái)積電合作EUV光源研究的臺(tái)大電機(jī)系教授黃升龍解釋，主要是卡在散熱問題。他在臺(tái)大的EUV實(shí)驗(yàn)機(jī)組，輸出功率僅有毫（千分之一）瓦等級(jí)，水冷系統(tǒng)整個(gè)架起來(lái)就有一個(gè)房間這么大。晶圓廠的EUV量產(chǎn)系統(tǒng)輸出功率是臺(tái)大的上萬(wàn)倍，要怎樣將熱導(dǎo)出去，是很復(fù)雜的技術(shù)難題。而且，“冷卻系統(tǒng)也得耗上不少電”黃升龍說。

整個(gè)EUV技術(shù)商用化的過程之艱辛、投入研發(fā)金額之巨，堪稱半導(dǎo)體業(yè)的“登月計(jì)劃”。曾有業(yè)者估計(jì)，整個(gè)業(yè)界投入的研發(fā)經(jīng)費(fèi)超過200億美元（約臺(tái)幣6,100億元）。EUV稱為“極紫外光”，但物理特性與一般常見的紫外光差異極大。

首先，這種光非常容易被吸收，連空氣都不透光，所以整個(gè)生產(chǎn)環(huán)境必須抽成真空；同時(shí)，也無(wú)法以玻璃透鏡折射，必須以硅與鉬制成的特殊鍍膜反射鏡，來(lái)修正光的前進(jìn)方向，而且每一次反射仍會(huì)損失3成能量，但一臺(tái)EUV機(jī)臺(tái)得經(jīng)過十幾面反射鏡，將光從光源一路導(dǎo)到晶圓，最后大概只能剩下不到2%的光線。

這也是EUV機(jī)臺(tái)如此耗電的主因之一。

為了確保供電，臺(tái)積電曾考慮自蓋電廠

然而，半導(dǎo)體除了最核心的微影，還有蝕刻、蒸鍍、平面化等多道工藝。導(dǎo)入高耗電的EUV光源，這道工藝對(duì)于整廠的用電影響有多大？

這次南科新廠的環(huán)差評(píng)估過程，臺(tái)積電主管出示的一張投影片，給了清楚的答案。

若以廠房單位土地規(guī)劃用電來(lái)算，5納米工藝用電是當(dāng)今臺(tái)積電的主流28納米工藝的1.48倍。也就是說，如果同樣都是40公頃的廠區(qū)，2020年量產(chǎn)的5納米工藝，總用電會(huì)是目前的一倍半。

“而且，5納米應(yīng)該只有一半工藝用到EUV，”一位外資分析師說。他表示，由于EUV技術(shù)極為昂貴，臺(tái)積電仍只有在部分較難的工藝才采用新技術(shù)。但到了在下一個(gè)世代，已經(jīng)逼近摩爾定律極限的3納米工藝，EUV采用比例就會(huì)大幅增加，用電量會(huì)進(jìn)一步暴增。

去年6月，行政院長(zhǎng)林全首度透露，臺(tái)積電有意自蓋電廠。這位分析師表示，當(dāng)時(shí)臺(tái)積電就是擔(dān)心大量導(dǎo)入EUV光源的5納米工藝，南科電力系統(tǒng)無(wú)法負(fù)荷，直到臺(tái)電出具供電保證，才打消念頭。

一位臺(tái)積電前主管表示，臺(tái)積電的企業(yè)文化是高度專注本業(yè)，像自蓋電廠這類事，“過去根本連想都不會(huì)想，會(huì)去考慮這件事，就表示缺電非常嚴(yán)重。”

但接下來(lái)更耗電的的3納米工藝，便傳出臺(tái)積電有意設(shè)廠美國(guó)，除了土地與環(huán)評(píng)，電力穩(wěn)定度也是考慮因素之一。

在第二季法說會(huì)上，臺(tái)積電共同執(zhí)行長(zhǎng)劉德音表示，3納米的選址決定明年上半年將會(huì)正式?jīng)Q定，目前仍是以臺(tái)灣為優(yōu)先。