很多人都忘了，臺積電董事長(cháng)張忠謀曾在2年前準確預言今日的缺電危機。

2015年底，當時(shí)的總統馬英九到參觀(guān)臺積電中科廠(chǎng)。當時(shí)張忠謀便指出，目前臺灣最大的隱憂(yōu)之一就是缺電，他并指出臺灣2017年可能面臨限電危機，“這對產(chǎn)業(yè)影響相當大”。

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

其實(shí)，過(guò)去一段時(shí)間，張忠謀幾乎每次公開(kāi)發(fā)言，都會(huì )提到‘電’。他到底在擔心什么？答案就藏在今年1月18日，臺灣環(huán)保署通過(guò)的臺南科學(xué)園區擴建案的環(huán)境差異影響評估里頭。

因為臺積電計劃于2020年量產(chǎn)的5納米工藝，決定放在南科廠(chǎng)，導致南科的用水、用電量暴增，大幅超過(guò)當初園區的規劃量，因此依法得做環(huán)境差異影響評估。

用電增幅狂飆46%

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

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

這個(gè)數字究竟有多大？根據臺電信息，東部用電量約在40到50萬(wàn)瓦之間。也就是說(shuō)，臺積電一個(gè)新廠(chǎng)的用電量，將比整個(gè)東臺灣56萬(wàn)人口的用電量還多上不少。

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

根據臺積電企業(yè)社會(huì )責任報告書(shū)，2016年用電量為88.53億度，較前一年增加11%。

這個(gè)用電成長(cháng)率，與臺積電業(yè)績(jì)的成長(cháng)高度符合。臺積電董事長(cháng)張忠謀在2009年重新接任執行長(cháng)之后，每年法說(shuō)會(huì )都向投資人保證，每年營(yíng)收都會(huì )維持二位數成長(cháng)，用電量也大致維持相同比例成長(cháng)。

結果是，過(guò)去5年間，臺積電大舉擴產(chǎn)，股價(jià)與業(yè)績(jì)一再創(chuàng )下新高之際?？傮w用電量也增加102%，整整翻了一倍有余。

“救世主”技術(shù)上線(xiàn)，卻是嚇死人地耗電

臺積電也因此成為臺灣用電成長(cháng)的主要“貢獻者”之一。

根據能源局統計數據，同時(shí)間全臺灣工業(yè)部門(mén)的用電僅增加6%。而這個(gè)增加量當中超過(guò)一半是臺積電貢獻。

全臺灣用電量，過(guò)去5年的增加量當中也有33.6%，差不多三分之一的增加量由臺積電貢獻。

而且，在可預見(jiàn)的未來(lái)，這家世界級半導體天王每年用電增加的幅度，只怕還會(huì )加速擴大。因為半導體工藝技術(shù)，又到了改朝換代時(shí)刻。

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

目前半導體工藝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。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(cháng)僅有13.5納米，業(yè)界期望這支“超細字小楷”能夠讓摩爾定律再延伸至少10年。

灑百億購入夢(mèng)幻設備足以買(mǎi)下兩架A380

今年1月，臺積電5納米案環(huán)差評估案通過(guò)的同一星期。獨家生產(chǎn)EUV微影機臺的荷蘭商艾司摩爾（ASML）在法說(shuō)會(huì )宣布，已接到EUV微影機臺6部訂單。

根據《霸榮周刊》（Barron’s）報導，分析師推測，臺積電訂走了其中5臺，亦即一口氣買(mǎi)下5.5億美元（約167.8億臺幣）的設備。

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。

除了昂貴之外，但對臺灣而言，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？“嚇死人！”臺積電300mmFabs廠(chǎng)務(wù)處資深處長(cháng)莊子壽心有余悸地說(shuō)。他今年3月在一場(chǎng)記者會(huì )時(shí)表示，他希望未來(lái)臺積電EUV用得“愈少愈好”，“因為太貴了，用的電也太大了。”

艾司摩爾至今尚未公布EUV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 plugef ficiency）只有0.02%左右。

這個(gè)數字現在廣為業(yè)界引用。也就是說(shuō)，當前最先進(jìn)的EUV機臺能輸出250瓦功率的EUV，需要輸入0.125萬(wàn)瓦的電力，這個(gè)耗電量是傳統氬氟雷射的10倍以上。

“要把光壓到這么短的波長(cháng)，需要很強很強的能量，”莊子壽解釋。

連冷卻系統用電也不容小覷

事實(shí)上，過(guò)去幾年，EUV機臺的輸出功率過(guò)小，遲遲無(wú)法達到量產(chǎn)要求，是這個(gè)夢(mèng)幻技術(shù)一再延誤上市時(shí)機的主要理由。

臺積電法說(shuō)時(shí)，負責先進(jìn)工藝的共同執行長(cháng)劉德音也常被分析師問(wèn)到，他期待的EUV機臺功率、量產(chǎn)速度各為多少？

在5年前，艾司摩爾試驗機臺的輸出功率還僅有25瓦。但就在上個(gè)月，該公司達到歷史里程碑。在舊金山的2017年SemiconWest半導體設備展，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)速度因此達到每小時(shí)125片──這都是臺積電、英特爾等大客戶(hù)之前提出的量產(chǎn)最低要求?，F有的微影系統量產(chǎn)速度為每小時(shí)200片以上。

為什么提升功率這么難？

曾與臺積電合作EUV光源研究的臺大電機系教授黃升龍解釋?zhuān)饕强ㄔ谏釂?wèn)題。他在臺大的EUV實(shí)驗機組，輸出功率僅有毫（千分之一）瓦等級，水冷系統整個(gè)架起來(lái)就有一個(gè)房間這么大。晶圓廠(chǎng)的EUV量產(chǎn)系統輸出功率是臺大的上萬(wàn)倍，要怎樣將熱導出去，是很復雜的技術(shù)難題。而且，“冷卻系統也得耗上不少電”黃升龍說(shuō)。

整個(gè)EUV技術(shù)商用化的過(guò)程之艱辛、投入研發(fā)金額之巨，堪稱(chēng)半導體業(yè)的“登月計劃”。曾有業(yè)者估計，整個(gè)業(yè)界投入的研發(fā)經(jīng)費超過(guò)200億美元（約臺幣6,100億元）。EUV稱(chēng)為“極紫外光”，但物理特性與一般常見(jiàn)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)。

這也是EUV機臺如此耗電的主因之一。

為了確保供電，臺積電曾考慮自蓋電廠(chǎng)

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

這次南科新廠(chǎng)的環(huán)差評估過(guò)程，臺積電主管出示的一張投影片，給了清楚的答案。

若以廠(chǎng)房單位土地規劃用電來(lái)算，5納米工藝用電是當今臺積電的主流28納米工藝的1.48倍。也就是說(shuō)，如果同樣都是40公頃的廠(chǎng)區，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納米應該只有一半工藝用到EUV，”一位外資分析師說(shuō)。他表示，由于EUV技術(shù)極為昂貴，臺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(cháng)林全首度透露，臺積電有意自蓋電廠(chǎng)。這位分析師表示，當時(shí)臺積電就是擔心大量導入EUV光源的5納米工藝，南科電力系統無(wú)法負荷，直到臺電出具供電保證，才打消念頭。

一位臺積電前主管表示，臺積電的企業(yè)文化是高度專(zhuān)注本業(yè)，像自蓋電廠(chǎng)這類(lèi)事，“過(guò)去根本連想都不會(huì )想，會(huì )去考慮這件事，就表示缺電非常嚴重。”

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

在第二季法說(shuō)會(huì )上，臺積電共同執行長(cháng)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，目前仍是以臺灣為優(yōu)先。