隨著(zhù)半導體產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，對于電力供應的需求也是與日俱增。如果電力供應跟不上，那么半導體產(chǎn)業(yè)的發(fā)展也必將會(huì )受到巨大的阻礙。目前臺灣最引以為傲的半導體產(chǎn)業(yè)正在遭遇“缺電”威脅，而且隨著(zhù)臺灣半導體產(chǎn)業(yè)對于電力需求的快速增長(cháng)，以及臺灣當局“2025非核家園”計劃的推進(jìn)，未來(lái)這一威脅仍將會(huì )進(jìn)一步加劇。這也為臺灣半導體產(chǎn)業(yè)的未來(lái)的發(fā)展蒙上了一層陰霾。

815臺灣大停電或許只是個(gè)開(kāi)始

根據世界能源署統計，2012年臺灣人均年耗電量已經(jīng)達到約10800千瓦時(shí)，超過(guò)日本、韓國，成為亞洲非產(chǎn)油國家和地區人均耗電量之最。而2014年中國大陸的人均年耗電量才4740千瓦時(shí)，不到臺灣2012年的一半。其中，臺灣龐大的半導體產(chǎn)業(yè)正是耗電大戶(hù)，而臺灣普通民眾的耗電量高企則是由于“被平均”了。

根據2011年的數據，電腦通信及電子產(chǎn)業(yè)、化學(xué)材料、金屬和鋼鐵工業(yè)三個(gè)領(lǐng)域的企業(yè)年耗電總量占全臺灣總用電量的33．1％，而且每年還會(huì )增加30億千瓦時(shí)以上，確實(shí)是用電大戶(hù)。

需要指出的是，由于臺灣缺乏能源產(chǎn)業(yè)，煤礦、水電也比較匱乏，這也導致了臺灣所需的能源99％需要靠進(jìn)口。但是，長(cháng)期以來(lái)，臺灣的電價(jià)卻由于政治原因（不能漲價(jià)），一直處于全球較低水平。根據國際能源總署2016年8月發(fā)布的統計資料顯示，2015年臺灣工業(yè)電價(jià)為全球第8低，居民電價(jià)更是全球第3低。而長(cháng)期低電價(jià)的結果是，臺灣的供電公司——臺電既要維持相當規模的發(fā)電量，又不能漲電價(jià)，經(jīng)濟高效的核電又不能用，導致公司的運營(yíng)入不敷出。根據臺電公司今年8月公布的數據顯示，今年上半年虧損近71億元新臺幣，累計虧損達1010億元新臺幣，再加上各種長(cháng)短期債務(wù)，賬上欠債高達1．06萬(wàn)億元新臺幣，負債比率高達85％。臺電的持續虧損，也導致難以有資金加大投入，提升發(fā)電量，再加上電力需求的大幅增長(cháng)，導致臺灣用電也開(kāi)始越來(lái)越緊張。

2017年7月底8月初，尼莎、海棠兩股臺風(fēng)先后在臺灣登陸，一架位于宜蘭東澳的輸電鐵塔被臺風(fēng)吹倒，造成臺灣供電吃緊，一時(shí)鬧起了電荒。初步評估修復此供電鐵塔至少需要15天。

隨后在8月15日，臺灣發(fā)生全島性大規模停電，受影響家庭近700萬(wàn)戶(hù)（幾乎是臺灣全部人口）。為了保護臺灣的支柱產(chǎn)業(yè)——半導體產(chǎn)業(yè)，政府將當晚殘存的電力全都供給了三大科學(xué)園區的半導體Fab廠(chǎng)。這也使得全球最大的晶圓代工廠(chǎng)臺積電在這次停電中毫發(fā)無(wú)傷，全球芯片封測巨頭日月光集團僅有南科的部分園區出現了60分鐘停電，隨后很快就恢復了供電。只有南茂科技位于南科園區的工廠(chǎng)出現了一些損失?？偟膩?lái)說(shuō)，這次大停電對于臺灣的半導體產(chǎn)業(yè)影響并不大。

但是，此次大停電卻著(zhù)實(shí)嚇到了臺灣的半導體產(chǎn)業(yè)。

因為，芯片在生產(chǎn)過(guò)程中，一旦發(fā)生斷電，就意味著(zhù)生產(chǎn)線(xiàn)上所有的晶圓可能全部都要報廢。首先，芯片Fab的生產(chǎn)需要超凈生產(chǎn)環(huán)境，任何自然災害對建筑的晃動(dòng)都有可能造成超凈環(huán)境被污染，而維持超凈環(huán)境本身也是需要消耗大量電力。而一旦停電，超凈環(huán)境就可能會(huì )被污染，整個(gè)產(chǎn)線(xiàn)上的晶圓可能就要報廢。同時(shí)，芯片生產(chǎn)設備的斷電將會(huì )帶來(lái)更大的損失。以一臺ASML ArF－immersion 1980Di光刻機產(chǎn)線(xiàn)為例，如果發(fā)生斷電，再恢復、重啟、ramp up所需的設備代價(jià)可能高達千萬(wàn)美元以上。而對于擁有眾多設備的整個(gè)工廠(chǎng)來(lái)說(shuō)，損失將會(huì )更大。

此前，在2016年，西安市高壓變電站設備一度起火爆炸，西安市東部和南部電壓陡變，導致西安三星存儲芯片廠(chǎng)的緊急停機，產(chǎn)線(xiàn)上晶圓全部作廢，按照當時(shí)的64層NAND芯片價(jià)格估算，那次事故三星損失高達3億美元。

而且這些芯片廠(chǎng)線(xiàn)停產(chǎn)時(shí)間的長(cháng)短還將直接影響全球芯片的供應和價(jià)格。比如，2015年，臺灣高雄地震，臺積電中科、南科廠(chǎng)停產(chǎn)，導致全球邏輯芯片價(jià)格上漲10％～20％。同樣，韓國第二大芯片廠(chǎng)商海力士位于無(wú)錫的晶圓廠(chǎng)發(fā)生爆炸后，全球存儲芯片價(jià)格瞬間就跳漲了25％。

早在2015年底的時(shí)候，當時(shí)的總統馬英九到參觀(guān)臺積電中科廠(chǎng)。當時(shí)臺積電董事長(cháng)張忠謀就指出，目前臺灣最大的隱憂(yōu)之一就是缺電，臺灣2017年可能面臨限電危機。張忠謀當時(shí)在接受采訪(fǎng)時(shí)就表示，停電對于臺積電的影響“幾乎不可估計”。雖然臺積電每個(gè)廠(chǎng)都有備用電源，但是面對產(chǎn)線(xiàn)所需的巨大電能，備用電源在停電時(shí)也撐不了多久。此前臺積電還曾提出過(guò)自建電廠(chǎng)的計劃，但是卻并未獲批。

8月15日大停電后，用電大戶(hù)、面板大廠(chǎng)友達董事長(cháng)彭雙浪也表示，“臺灣用電是民生補貼工業(yè)。其實(shí)，供給和需求應該用價(jià)格來(lái)調整，用電量越高的人支付越高的單價(jià)。我們不怕貴，是怕不穩定”。

顯然，電力供應的穩定性對于半導體廠(chǎng)商，乃至整個(gè)半導體產(chǎn)業(yè)來(lái)說(shuō)都至關(guān)重要。而隨著(zhù)半導體產(chǎn)業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展，對于電力的需求也將呈現急劇增長(cháng)的態(tài)勢，若臺灣不能保障足夠的電力供應，“缺電”將成為阻礙臺灣半導體產(chǎn)業(yè)發(fā)展的最大障礙。

半導體產(chǎn)業(yè)對于電力需求的急劇增長(cháng)，將進(jìn)一步加大缺口

半導體的制造，本來(lái)就是高度耗電的過(guò)程。在臺灣半導體廠(chǎng)商當中，臺積電一直都是最大的用電大戶(hù)。資料顯示，過(guò)去五年，全臺灣增長(cháng)的電量，其中1／3都被臺積電給消耗了。根據臺積電企業(yè)社會(huì )責任報告書(shū)，2016 年用電量高達88．53 億度，較前一年增加了11％。臺積電僅在竹科的Fab耗電功率已經(jīng)超過(guò)72萬(wàn)千瓦。

而隨著(zhù)摩爾定律的發(fā)展，半導體的制程推進(jìn)也越來(lái)越困難，預計5nm工藝將必須引入新的EUV （極紫外光）微影技術(shù)才能實(shí)現，但是這也將導致用電量的暴增。

據了解，目前半導體制程的主流光源是氬氟雷射，波長(cháng)為 193 納米，當晶體管尺度已微縮到幾十納米時(shí)，就像用一支粗毛筆寫(xiě)蠅頭小字一般，生產(chǎn)起來(lái)有點(diǎn)力不從心。而極紫外光的波長(cháng)僅有 13．5 納米，這也使得 EUV光刻機成為了攻克7nm、5nm、3nm工藝的關(guān)鍵。

目前能夠生產(chǎn)的EUV光刻機的只有荷蘭ASML一家，而EUV光刻機的造價(jià)也是非常之高昂。ASML目前最先進(jìn)的EUV光刻機NXE 3400B一臺售價(jià)高達1．1億美金，而且還供不應求。據報道顯示，此前ASML接到了5臺EUV光刻機的訂單，其中臺積電訂走了5臺，耗資5．5億美元。這個(gè)價(jià)錢(qián)，幾乎可以買(mǎi)下兩臺世界最大民航機──空巴 A380。

而EUV光刻機除了售價(jià)高昂之外，其耗電也是非常之驚人！

雖然，ASML并未公布 EUV光刻機機臺的耗電功率，但世界第二大內存制造商、南韓的 SK 海力士曾在 2009 年的 EUV Symposium 表示，“EUV 的能源轉換效率（wall plug efficiency）只有 0．02％ 左右?！倍斐赊D換率低的一大原因是，極紫外光本身的損耗過(guò)大。

“極紫外光物理特性與一般常見(jiàn)的紫外光差異極大。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 EUV 機臺得經(jīng)過(guò)十幾面反射鏡，將光從光源一路導到晶圓，最后大概只能剩下不到 2％ 的光線(xiàn)?！边@也是 EUV 機臺如此耗電的主因之一。

如果按照前面的EUV能源轉換效率只有0．02％ 來(lái)計算，目前先進(jìn)的能輸出 250 瓦功率的 EUV的機臺，需要輸入0．125萬(wàn)千瓦的電力才能達到，這個(gè)耗電量是傳統氬氟雷射的 10 倍以上。換句話(huà)來(lái)說(shuō)，就是一臺輸出功率250W的EUV機器工作一天，將會(huì )消耗3萬(wàn)度電，這個(gè)數字確實(shí)嚇人。

根據芯智訊了解，要想達到 250 瓦功率的 EUV輸出，需要將多臺13kW CO2激光器串聯(lián)接通達到所需的功率要求，最終從等離子體源產(chǎn)生所需的EUV光輸出。高科技產(chǎn)生極紫外光的過(guò)程非常低效，過(guò)去被人們比擬為“用核反應堆提供動(dòng)力”，但也成為了滿(mǎn)足半導體工業(yè)批量生產(chǎn)要求擴展EUV輸出功率的唯一可行方式。

另外需要指出的是，如此大的耗電量也不可避免的帶來(lái)了很大的發(fā)熱量，因此需要部署相應的冷卻系統，而這也將非常的耗電。

另外，根據預計，一個(gè)7nm的產(chǎn)線(xiàn)可能只需要1臺ASML EUV光刻機NXE 3400B即可，但是到了3nm制程產(chǎn)線(xiàn)，除非ASML推出更先進(jìn)的EUV光刻機，否則一條3nm制程產(chǎn)線(xiàn)需要4臺NXE 3400B，耗電量將更是驚人。有報道稱(chēng)，一個(gè)3nm制程Fab的用電量將相當于整個(gè)臺東（花蓮、宜蘭、屏東）的用電量，這確實(shí)是太恐怖！這也是為何此前業(yè)內曾有傳聞稱(chēng)臺積電計劃將3nm新廠(chǎng)放到美國的一個(gè)原因。

不過(guò)，在臺灣政府承諾解決水電等相關(guān)問(wèn)題后，也考量到對臺灣經(jīng)濟的重要性，臺積電在今年9月底終于宣布將新規劃的3nm工廠(chǎng)將落腳在臺灣的南部科學(xué)工業(yè)園區臺南園區，預計投資200億美元，2022年前完工。但是，臺灣政府想要實(shí)現這個(gè)承諾卻并不容易。

因為除了規劃中的3nm制程Fab之外，臺積電還要新建一座5nm制程Fab（南科Fab14）和一座7nm制程Fab，同時(shí)其他的Fab也都會(huì )進(jìn)行產(chǎn)線(xiàn)擴張，比如臺積電的中科廠(chǎng) Fab 15在2017年完成對10nm制程的5期、6期擴建 。

此外，臺灣其他的半導體廠(chǎng)商也有一些相應的擴建計劃。顯然，隨著(zhù)新的制程工藝的推進(jìn)，工廠(chǎng)的擴建和設備升級，臺灣半導體產(chǎn)業(yè)的對于電力的需求將會(huì )出現暴漲。而與此同時(shí)，臺灣的電力供應卻面臨巨大的問(wèn)題，并且未來(lái)幾年內可能都難以得到改善。

“2025非核家園”導致缺電加重

2011年3月，受東日本大地震影響，日本福島第一核電站損毀，核電站的三個(gè)反應堆因過(guò)熱發(fā)生堆芯熔毀，放射性物質(zhì)泄漏到外部，發(fā)生嚴重核泄漏事故。在福島核電站周?chē)?0公里內的21萬(wàn)民眾被迫撤離。受此事件的影響，核電安全問(wèn)題也引起了多個(gè)國家和地區民眾的恐慌，隨后日本、德國、臺灣都紛紛考慮“棄核”（放棄核電）。

福島核電站事故發(fā)生之后，當時(shí)的民進(jìn)黨主席蔡英文為了獲得支持率，就拋出了“2025非核家園計劃”，強調如果贏(yíng)得“總統”大選，將最終在2025年完全停止核能發(fā)電?！?025非核家園”隨后也成為了蔡英文競選“總統”的一大競選口號和承諾。

為了獲得支持率，在大肆渲染核能危害的情況下，2014年的民進(jìn)黨組織了反核大游行活動(dòng)，直接導致了臺灣耗費巨資建設的“核四”廠(chǎng)停工，變成現在的“爛危樓”?！胺呛思覉@”、“用愛(ài)發(fā)電”這些美麗而動(dòng)聽(tīng)的口號，成了蔡英文當選臺灣地區領(lǐng)導人的一個(gè)重要因素。

2016年1月16日，蔡英文以大幅領(lǐng)先優(yōu)勢順利勝出，順利當選“中華民國”“總統”。蔡英文便得以名正言順的繼續推動(dòng)“2025非核家園計劃”。今年2月，臺灣地區立法機構正式通過(guò)的相關(guān)條文明確，核能發(fā)電設備應于2025年以前全部停止運轉，以實(shí)現蔡英文提出的“2025非核家園”目標。

火電不斷加碼，污染加重

按照“2025非核家園”的規劃，到2025年臺灣天然氣發(fā)電占總發(fā)電比例的50％，燃煤30％，綠色能源20％。目前臺灣的核能供電占總電量的16％（有資料為14％），綠色能源供電僅占不到3％，顯然要在2025年這樣的目標似乎是不可能。

根據臺電所發(fā)布的報告顯示，目前臺灣火力發(fā)電約占72．6％，這其中，燃煤占40．3％、燃油占3．2％。根據報道顯示，為了應對“非核家園”之下的缺電危機。臺灣桃園大潭電廠(chǎng)7部燃氣機組已于11月初超過(guò)環(huán)評承諾空污排放上限，至今已超標排放336噸氮氧化物，粗估增加8萬(wàn)噸碳排，且仍持續增加，若燃煤改燃氣機組，也有空污排放超標問(wèn)題。臺電表示，超出排放標準將面臨地方政府罰款命運，不過(guò)為穩定供電，只能持續發(fā)電，并于非尖峰時(shí)段降載因應。麥寮六輕的燃煤火力發(fā)電廠(chǎng)的年度燃煤額度，也早早提前燒完，在10月28日就把一整年的煤都給燒光了。

污染加重，火電又被限，明年缺電更嚴重

為了保證供電，火電的不斷加碼，超標排放，直接導致了臺灣空氣污染問(wèn)題的加劇。臺灣民眾對霧霾怨聲載道，當局迫于壓力之下又要讓臺中火力電廠(chǎng)減少生煤的使用量。臺中火力電廠(chǎng)9部機組明年遭減500萬(wàn)噸生煤使用量，將短少約45億度電；興達電廠(chǎng)也已有2部機組被高雄市府要求至明年3月要減煤約15萬(wàn)噸，將再短少3．6億度電。中火被減煤量相當于一部55萬(wàn)千萬(wàn)火力發(fā)電機組的發(fā)電量。這將導致臺灣明年供電狀況更加嚴峻。

重啟核能是一個(gè)好的選擇嗎？

那么重啟核能是一個(gè)好的選擇嗎？現實(shí)恐怕并不是。

根據資料顯示，除了已停工的“核四”廠(chǎng)，臺灣還有3座核電廠(chǎng)共6部機組。在“2025非核家園”計劃的推動(dòng)下，今年6月前，僅有“核三廠(chǎng)”1號機組正常運轉。隨后進(jìn)入夏季，臺灣開(kāi)始鬧電荒，蔡英文當局被迫啟用了“核二廠(chǎng)”1號機組以及“核三廠(chǎng)”2號機組。

但是，臺灣的“核一廠(chǎng)”和“核二廠(chǎng)”將面臨著(zhù)必須按期除役的問(wèn)題，否則發(fā)生事故的可能性會(huì )急劇升高。明年年是核一廠(chǎng)如期除役之年，近幾年核一廠(chǎng)發(fā)生的多次嚴重事故，實(shí)在讓人不敢恭維。如近五年來(lái)螺栓斷裂高達12次，執行核燃料挪移與填換過(guò)程中，甚至發(fā)生一束燃料棒把手松脫事件，而機組里還有81束同型問(wèn)題燃料棒。在2011年，核一場(chǎng)被科學(xué)雜志《Nature》指名為“全球第二危險電廠(chǎng)”的電廠(chǎng)。

無(wú)法處理使用過(guò)后的燃料棒，這是臺灣需要廢核的重要原因之一，而由于兩岸關(guān)系問(wèn)題，更不可能跟大陸合作來(lái)處理。臺灣也曾經(jīng)試圖找朝鮮和蒙古合作，將核廢料運走處理，但最后計劃都無(wú)疾而終。目前的三座核電廠(chǎng)，總發(fā)電量約5144百萬(wàn)瓦，每年用過(guò)燃料棒約150噸，從1978年核電廠(chǎng)啟用以來(lái)，三處核電廠(chǎng)的用過(guò)燃料棒都放在原子爐上方的燃料冷卻池，而且超級爆滿(mǎn)，密度是世界第一：“核一廠(chǎng)”燃料池有5514束，“核二廠(chǎng)”7544束，“核三廠(chǎng)”有2401束，全部15459束，核一、核二廠(chǎng)的池內，束與束都快碰在一起了。

顯然，在這種情況下，重啟核能雖然能夠暫時(shí)解決能源危機，但也存在著(zhù)巨大的風(fēng)險。同時(shí)也是目前力推“2025非核家園”的蔡英文政府不愿選擇的一個(gè)選項。

小結：

能源危機之下，臺灣確實(shí)被逼到了一個(gè)困局之中。核恐慌之下，即便核能發(fā)電清潔又便宜，可是老舊的核電廠(chǎng)隨時(shí)都有出事故的危機，核燃料棒存放更是個(gè)懸在頭上的利劍。而過(guò)度依靠火力發(fā)電勢必又將帶來(lái)更為嚴重的環(huán)境污染問(wèn)題，帶來(lái)嚴重的霧霾危害民眾健康。限制火電又面臨缺電危機。而剩下的諸如風(fēng)能、水力與太陽(yáng)能在臺灣發(fā)展更為緩慢。霧霾天之下，太陽(yáng)能又無(wú)法發(fā)電。臺風(fēng)天之下，天然氣又無(wú)法進(jìn)港。只能依靠火力發(fā)電，燃燒大量的煤炭和天然氣。能源問(wèn)題無(wú)法解決，就沒(méi)法談?wù)摪l(fā)展的問(wèn)題。試問(wèn)，倘若臺灣無(wú)法保證電力的穩定供應，又如何支撐半導體產(chǎn)業(yè)的發(fā)展呢？

 來(lái)源：芯智訊