EUV光刻机太耗电，芯片制造商面临挑战！_风闻
半导体行业观察-半导体行业观察官方账号-专注观察全球半导体最新资讯、技术前沿、发展趋势。2022-08-26 19:50
制造世界上最先进的半导体所需的机器是现代工程的奇迹。被称为极紫外光刻系统或 EUV，它们用人眼不可见的光波“沐浴”硅晶圆，将图案刻蚀成硅片表面上需要精确在几纳米以内的材料。为了产生特殊的光，EUV 用激光蒸发熔融锡，然后使用镜子将辐射聚焦成更薄的波长。世界上只有一家公司——荷兰的ASML Holding NV——能生产总线大小的设备，其成本超过 1.5 亿美元，由 100,000 个独立组件组成。
EUV 也是推动制造更小、更强大和更节能的半导体如何导致制造过程更加复杂和能源密集型的一个主要例证。但每台机器的额定耗电量约为 1 兆瓦，约为前几代设备的 10 倍。由于没有其他替代品可以制造最先进的半导体，芯片行业可能是推动减少全球碳排放的重要绊脚石。
没有人比全球最大的外包芯片供应商台积电购买了更多的 EUV 。它目前拥有 80 多台机器，并且正在安装新一代机器，作为中国台湾南部城市台南 200 亿美元芯片代工厂的一部分。由于运行 EUV 需要大量电力，预计台积电很快将消耗比斯里兰卡全部 2100 万人口更多的能源。2020年，该公司占台湾整体能源消耗的6%左右。预计到 2025 年将使用其中的 12.5%。
桃园市国立中央大学管理学讲座教授梁志远表示，除非芯片制造商开始建造自己的发电厂，否则台湾将没有足够的电力容量来容纳其半导体产业。梁说，该岛的运营储备是衡量它必须应对不可预见的需求激增或供应中断的额外容量，可能会在今年某个时候低于政府认为供应“充足”的 10%。
台积电的制造对环境产生多大影响的一个关键因素是所有这些电子的来源。研究公司 Imec 可持续发展项目负责人 Lars-Ake Ragnarsson 表示：“在芯片制造工厂运行如此高耗电设备的地方，可再生能源变得尤为重要和紧迫。” 不过，台湾严重依赖化石燃料。2016 年，其政府制定了一个目标，即到 2025 年，通过雄心勃勃的太阳能和海上风能建设，20% 的电力来自可再生能源。但其 7 月发布的最新能源评估显示，截至 2021 年底，其电力只有 6% 来自可再生能源，这促使官员们将 2025 年的目标下调至 15%。
韩国是芯片制造巨头三星电子公司的所在地，也面临着类似的挑战。该公司在该国拥有六个半导体制造基地，占其 2021 年功耗的 3%。由于它寻求通过为外部客户制造芯片来更直接地与台积电竞争，三星正在寻求扩大自己对 EUV 的使用。该公司拥有的机器数量少于台积电，但并未公开说明拥有多少台机器。6 月初，三星集团负责人 Jay Lee 前往荷兰与 ASML 达成新的交易。
韩国60%以上的电力仍然来自燃烧煤炭和天然气。该国的目标是到 2030 年将碳排放量从 2018 年的水平减少 40%。这一努力需要将韩国可再生能源的能源份额从 2021 年的 7.5% 提高到 2030 年的 30% 以上。
总部位于美国的主要芯片制造商英特尔公司在可再生能源方面的表现优于亚洲同行，部分原因是它在亚利桑那州、新墨西哥州和俄勒冈州的工厂可以获得绿色能源。到 2021 年，该公司 80% 的电力来自可再生能源，高于前一年的 71%。但由于先进的制造技术，其整体用电量也在显着增加。
在全球范围内，声称希望降低碳排放的政府也渴望建立国内半导体制造能力，以抵御供应链冲击和地缘政治中断。美国最近通过了一项 520 亿美元的计划，将芯片产能引入本土，而《欧洲芯片法案》则包含 490 亿美元的投资，以重振欧盟内部的该行业。在这两个司法管辖区，环境影响似乎都不是一个重要的考虑因素。彭博新能源财经日韩研究部负责人大卫康表示：“虽然企业获得资金需要满足一些条件，但这些法案都还没有明确与气候相关的目标。”
ASML 正在经历前所未有的需求。Bloomberg Intelligence 高级分析师 Masahiro Wakasugi 预测，尽管美国施压要求停止向中国提供生产不太先进芯片的设备，但到 2023 年，该公司的年销售额可能会增长 30% 以上，达到约 260 亿美元。首席财务官 Roger Dassen 在 4 月表示，ASML 正在研究到 2025 年将其 EUV 的出货量从最初的 70 台增加到 90 台的可能性。
寻找以更环保的方式制造芯片的方法或许是可能的，但减缓该行业扩张的兴趣不大。“总体而言，节奏和时间已经不多了。我们必须解决的问题太多了，这需要时间和成本，”Imec 的 Ragnarsson 说。“我们的行业发展非常迅速。如果我们什么都不做，我们的问题会变得更糟。”