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芯片市场萎靡，台积电计划年底关停部分EUV

黄山明 电子发烧友网 2022-09-22
电子发烧友网报道（文/黄山明）近日，产业链传来消息称，受先进制程产能利用率下滑影响，台积电正在考虑从今年年底开始，关闭部分EUV光刻机，以节省能耗。

就在6月份，三星刚宣布将量产3nm工艺，但市场中的大客户如苹果、英特尔等公司却一直在等待台积电的3nm工艺，如今却突然传出台积电将关闭部分EUV。

芯片市场萎靡，3nm工艺存在缺陷

就在前不久，台积电总裁魏哲家还在台积电2022技术论坛上公开表示，3nm即将量产，客户相当踊跃，并表示2nm可以保证在2025年量产。不过魏哲家还提到，3nm遇到了一定的困难，工程能力有点不足，正尽力努力中。

台积电副总监陈芳曾表示，台积电3nm芯片将在今年下半年量产，已经对部分移动和HPC领域的客户进行了相关交付。

从统计数据来看，当前台积电拥有80台左右的EUV光刻机，这些光刻机主要拥有7nm、5nm及以下的先进工艺，下半年量产的3nm也主要依赖于EUV。而今，产业界却突然传出，台积电可能将在年底关停部分EUV光刻机。

一方面此前有消息称，英特尔已经取消3nm工艺的订单，14代酷睿的GPU模块将使用5nm工艺。同时，作为台积电第一大客户的苹果，其最新的iPhone 14系列也不会采用3nm制造工艺，全新的A16处理器将继续采用现有的4nm制程。

这里主要有两个原因，一个是因为台积电3nm工艺进步有些慢，量产时间被推迟至下半年，跟不上苹果推出新机的节奏；另一方面，有消息称台积电3nm存在一个缺陷，只适合制造特定的产品，因此成本极高。

从魏哲家此前所公开表态的情况来看，台积电的3nm存在一定问题已经基本确认。尽管按照台积电的说法，与5nm工艺相比，第一代3nm工艺可降低月25-30%的功耗，性能提升10-15%，晶体管密度提升约70%。但是如果代价过高，还未成熟的话，苹果也不会轻易采用。

这意味着，3nm制程工艺将失去绝大部分订单，此前采购的光刻机设备是为了此次3nm量产而准备的，如果没有这么多订单，那么也就不需要如此多的EUV光刻机了。

当然，台积电方面并没有放慢自己的研发进度，2nm制程工艺也在有序推进当中。同时台积电方面还表示，已经拿到了ASML下一代EUV光刻机的订单，将在2024年提货。

目前的EUV光刻机数值孔径为0.33，可以用于生产7nm及以下的高端芯片，但想要生产2nm芯片时，则需要更高的数值孔径。AMSL下一代EUV光刻机为NXE:5000系列，数值孔径将提升至0.55。并且下一代EUV可以提高18%的生产效率，代价是售价将达4亿美元。

合理推断，市场中消费电子需求不振的情况已经传导至上游，而新能源汽车所带来的汽车电子芯片，基本不需要用到EUV光刻机。因此受到订单减少的影响，关停部分EUV光刻机在情理之中。

耗电惊人的EUV

除了终端市场萎靡，3nm制程工艺被客户退单外，趋势台积电关停部分EUV的一个重要原因是光刻机实在太耗电了。即便有钱如台积电，也实在是顶不住。

EUV光刻机到底有多耗电呢？原理上，EUV光刻机是用人眼不可见的光波照射硅片，将图案燃烧到晶圆表面上的材料当中，并且在纳米级单位中做工。

为了产生这种特殊的光，EUV通过高能激光器蒸发熔融锡发出极紫外光波，然后使用多次折射的方式将辐射聚焦到芯片上。由于采用了多次折射，因此损耗极大，早期的效率仅为0.02%，而今的量产EUV光刻机据称已提升至2%。不过就算如此，也意味着绝大部分电能都被损耗了。

一台EUV的额定电力消耗大约为100万瓦，一天便要产生3万度电，一年的耗电量大约在1000万度。

台湾电费在2.8新台币/度，按照台积电有80台EUV光刻机来计算，一年就需要用掉8亿度电，也就是每年需要支出22.4亿新台币（约合5亿人民币）的电费，这还是基于台湾用电没有梯度计算的情况。

当然，对于台积电而言，每年5亿元的电费并不算什么，毕竟台积电2021年全年营收达到568.32亿美元，归母净利润也达到了213.57亿美元，这些电费并不算贵。

但需要考虑到中国台湾地区的整体电力供给问题，毕竟台积电并不只有EUV光刻机耗电，统合下来，预计台积电电力消耗甚至要比拥有2100万人口的斯里兰卡耗电量更多。2020年，台积电约占中国台湾地区整体能源消耗的6%，预计到2025年将提高至12.5%。

而中国台湾地区近几年来，由于实施“非核家园政策”，不再使用核电。导致近几年来，中国台湾地区屡次出现电力不足，大范围停电的情况。缺电问题，也是关停EUV光刻机的重要考量。

早在2015年，台积电创始人张忠谋便表示，目前困扰台积电发展的唯一要素就是缺电、停电，如果后期的3nm、2nm产线也出现停电现象，那对于台积电将造成巨大的损失。关闭暂时用不上的EUV光刻机，也可以让其他生产线平稳供电。

韩国芯片制造巨头三星电子同样面临着类似的挑战，该公司在韩国经营的六个半导体生产基地，到2021年已经占据韩国电力消耗的3%。并且三星还在与台积电竞争，更是率先实现了3nm工艺的量产，此前也向ASML订购了18台最新的EUV光刻机来保证新产线的运营，这也会让三星的能源消耗再上一个台阶。

不过中国台湾地区显然无法与韩国比较，中国台湾地区桃园市台湾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设自己的发电厂，否则中国台湾地区将没有足够的电力容量来容纳其半导体产业。

不过对于外界对台积电耗电大户的指责，台积电方面引述2020年工研院产业科技国际策略发展所（ISTI）模型推导的分析结果，显示台积电每使用1度生产用电，便能为全球减省4度电。

小结

此次产业链放出消息称台积电将在年底关停部分EUV光刻机，主要原因在于客户需求下降以及3nm制程工艺仍不成熟，让部分EUV无法满载运行，因此关停这部分EUV光刻机。不仅能够节省部分电费，减少能源消耗，同时能够为厂区其他产线提供更稳定的电力供应。


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