電子發(fā)燒友網(wǎng)報(bào)道（文/黃山明）近日，產(chǎn)業(yè)鏈傳來(lái)消息稱，受先進(jìn)制程產(chǎn)能利用率下滑影響，臺(tái)積電正在考慮從今年年底開(kāi)始，關(guān)閉部分EUV光刻機(jī)，以節(jié)省能耗。

就在6月份，三星剛宣布將量產(chǎn)3nm工藝，但市場(chǎng)中的大客戶如蘋(píng)果、英特爾等公司卻一直在等待臺(tái)積電的3nm工藝，如今卻突然傳出臺(tái)積電將關(guān)閉部分EUV。

芯片市場(chǎng)萎靡，3nm工藝存在缺陷

就在前不久，臺(tái)積電總裁魏哲家還在臺(tái)積電2022技術(shù)論壇上公開(kāi)表示，3nm即將量產(chǎn)，客戶相當(dāng)踴躍，并表示2nm可以保證在2025年量產(chǎn)。不過(guò)魏哲家還提到，3nm遇到了一定的困難，工程能力有點(diǎn)不足，正盡力努力中。

臺(tái)積電副總監(jiān)陳芳曾表示，臺(tái)積電3nm芯片將在今年下半年量產(chǎn)，已經(jīng)對(duì)部分移動(dòng)和HPC領(lǐng)域的客戶進(jìn)行了相關(guān)交付。

從統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)來(lái)看，當(dāng)前臺(tái)積電擁有80臺(tái)左右的EUV光刻機(jī)，這些光刻機(jī)主要擁有7nm、5nm及以下的先進(jìn)工藝，下半年量產(chǎn)的3nm也主要依賴于EUV。而今，產(chǎn)業(yè)界卻突然傳出，臺(tái)積電可能將在年底關(guān)停部分EUV光刻機(jī)。

一方面此前有消息稱，英特爾已經(jīng)取消3nm工藝的訂單，14代酷睿的GPU模塊將使用5nm工藝。同時(shí)，作為臺(tái)積電第一大客戶的蘋(píng)果，其最新的iPhone 14系列也不會(huì)采用3nm制造工藝，全新的A16處理器將繼續(xù)采用現(xiàn)有的4nm制程。

這里主要有兩個(gè)原因，一個(gè)是因?yàn)榕_(tái)積電3nm工藝進(jìn)步有些慢，量產(chǎn)時(shí)間被推遲至下半年，跟不上蘋(píng)果推出新機(jī)的節(jié)奏；另一方面，有消息稱臺(tái)積電3nm存在一個(gè)缺陷，只適合制造特定的產(chǎn)品，因此成本極高。

從魏哲家此前所公開(kāi)表態(tài)的情況來(lái)看，臺(tái)積電的3nm存在一定問(wèn)題已經(jīng)基本確認(rèn)。盡管按照臺(tái)積電的說(shuō)法，與5nm工藝相比，第一代3nm工藝可降低月25-30%的功耗，性能提升10-15%，晶體管密度提升約70%。但是如果代價(jià)過(guò)高，還未成熟的話，蘋(píng)果也不會(huì)輕易采用。

這意味著，3nm制程工藝將失去絕大部分訂單，此前采購(gòu)的光刻機(jī)設(shè)備是為了此次3nm量產(chǎn)而準(zhǔn)備的，如果沒(méi)有這么多訂單，那么也就不需要如此多的EUV光刻機(jī)了。

當(dāng)然，臺(tái)積電方面并沒(méi)有放慢自己的研發(fā)進(jìn)度，2nm制程工藝也在有序推進(jìn)當(dāng)中。同時(shí)臺(tái)積電方面還表示，已經(jīng)拿到了ASML下一代EUV光刻機(jī)的訂單，將在2024年提貨。

目前的EUV光刻機(jī)數(shù)值孔徑為0.33，可以用于生產(chǎn)7nm及以下的高端芯片，但想要生產(chǎn)2nm芯片時(shí)，則需要更高的數(shù)值孔徑。AMSL下一代EUV光刻機(jī)為NXE:5000系列，數(shù)值孔徑將提升至0.55。并且下一代EUV可以提高18%的生產(chǎn)效率，代價(jià)是售價(jià)將達(dá)4億美元。

合理推斷，市場(chǎng)中消費(fèi)電子需求不振的情況已經(jīng)傳導(dǎo)至上游，而新能源汽車所帶來(lái)的汽車電子芯片，基本不需要用到EUV光刻機(jī)。因此受到訂單減少的影響，關(guān)停部分EUV光刻機(jī)在情理之中。

耗電驚人的EUV

除了終端市場(chǎng)萎靡，3nm制程工藝被客戶退單外，趨勢(shì)臺(tái)積電關(guān)停部分EUV的一個(gè)重要原因是光刻機(jī)實(shí)在太耗電了。即便有錢(qián)如臺(tái)積電，也實(shí)在是頂不住。

EUV光刻機(jī)到底有多耗電呢？原理上，EUV光刻機(jī)是用人眼不可見(jiàn)的光波照射硅片，將圖案燃燒到晶圓表面上的材料當(dāng)中，并且在納米級(jí)單位中做工。

為了產(chǎn)生這種特殊的光，EUV通過(guò)高能激光器蒸發(fā)熔融錫發(fā)出極紫外光波，然后使用多次折射的方式將輻射聚焦到芯片上。由于采用了多次折射，因此損耗極大，早期的效率僅為0.02%，而今的量產(chǎn)EUV光刻機(jī)據(jù)稱已提升至2%。不過(guò)就算如此，也意味著絕大部分電能都被損耗了。

一臺(tái)EUV的額定電力消耗大約為100萬(wàn)瓦，一天便要產(chǎn)生3萬(wàn)度電，一年的耗電量大約在1000萬(wàn)度。

臺(tái)灣電費(fèi)在2.8新臺(tái)幣/度，按照臺(tái)積電有80臺(tái)EUV光刻機(jī)來(lái)計(jì)算，一年就需要用掉8億度電，也就是每年需要支出22.4億新臺(tái)幣（約合5億人民幣）的電費(fèi)，這還是基于臺(tái)灣用電沒(méi)有梯度計(jì)算的情況。

當(dāng)然，對(duì)于臺(tái)積電而言，每年5億元的電費(fèi)并不算什么，畢竟臺(tái)積電2021年全年?duì)I收達(dá)到568.32億美元，歸母凈利潤(rùn)也達(dá)到了213.57億美元，這些電費(fèi)并不算貴。

但需要考慮到中國(guó)臺(tái)灣地區(qū)的整體電力供給問(wèn)題，畢竟臺(tái)積電并不只有EUV光刻機(jī)耗電，統(tǒng)合下來(lái)，預(yù)計(jì)臺(tái)積電電力消耗甚至要比擁有2100萬(wàn)人口的斯里蘭卡耗電量更多。2020年，臺(tái)積電約占中國(guó)臺(tái)灣地區(qū)整體能源消耗的6%，預(yù)計(jì)到2025年將提高至12.5%。

而中國(guó)臺(tái)灣地區(qū)近幾年來(lái)，由于實(shí)施“非核家園政策”，不再使用核電。導(dǎo)致近幾年來(lái)，中國(guó)臺(tái)灣地區(qū)屢次出現(xiàn)電力不足，大范圍停電的情況。缺電問(wèn)題，也是關(guān)停EUV光刻機(jī)的重要考量。

早在2015年，臺(tái)積電創(chuàng)始人張忠謀便表示，目前困擾臺(tái)積電發(fā)展的唯一要素就是缺電、停電，如果后期的3nm、2nm產(chǎn)線也出現(xiàn)停電現(xiàn)象，那對(duì)于臺(tái)積電將造成巨大的損失。關(guān)閉暫時(shí)用不上的EUV光刻機(jī)，也可以讓其他生產(chǎn)線平穩(wěn)供電。

韓國(guó)芯片制造巨頭三星電子同樣面臨著類似的挑戰(zhàn)，該公司在韓國(guó)經(jīng)營(yíng)的六個(gè)半導(dǎo)體生產(chǎn)基地，到2021年已經(jīng)占據(jù)韓國(guó)電力消耗的3%。并且三星還在與臺(tái)積電競(jìng)爭(zhēng)，更是率先實(shí)現(xiàn)了3nm工藝的量產(chǎn)，此前也向ASML訂購(gòu)了18臺(tái)最新的EUV光刻機(jī)來(lái)保證新產(chǎn)線的運(yùn)營(yíng)，這也會(huì)讓三星的能源消耗再上一個(gè)臺(tái)階。

不過(guò)中國(guó)臺(tái)灣地區(qū)顯然無(wú)法與韓國(guó)比較，中國(guó)臺(tái)灣地區(qū)桃園市臺(tái)灣中央大學(xué)管理學(xué)講座教授梁志遠(yuǎn)表示，除非芯片制造商開(kāi)始建設(shè)自己的發(fā)電廠，否則中國(guó)臺(tái)灣地區(qū)將沒(méi)有足夠的電力容量來(lái)容納其半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)。

不過(guò)對(duì)于外界對(duì)臺(tái)積電耗電大戶的指責(zé)，臺(tái)積電方面引述2020年工研院產(chǎn)業(yè)科技國(guó)際策略發(fā)展所（ISTI）模型推導(dǎo)的分析結(jié)果，顯示臺(tái)積電每使用1度生產(chǎn)用電，便能為全球減省4度電。

小結(jié)

此次產(chǎn)業(yè)鏈放出消息稱臺(tái)積電將在年底關(guān)停部分EUV光刻機(jī)，主要原因在于客戶需求下降以及3nm制程工藝仍不成熟，讓部分EUV無(wú)法滿載運(yùn)行，因此關(guān)停這部分EUV光刻機(jī)。不僅能夠節(jié)省部分電費(fèi)，減少能源消耗，同時(shí)能夠?yàn)閺S區(qū)其他產(chǎn)線提供更穩(wěn)定的電力供應(yīng)。