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造芯片有多耗电?台积电一年用了143.3亿度
www.creaders.net | 2020-09-01 15:55:35  科技每日 | 0条评论 | 查看/发表评论
  

  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,仅次于三峡的中国第二大水电站,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。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%。

  芯片制造为何如此耗电?这些电都用到哪里去了?

  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。”

  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。

image.png

  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。

  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。

  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?

  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。

  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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