科技每日推送|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 。
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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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【科技每日推送|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 。
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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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