EUV光刻機太耗電令人擔憂
極紫外線(EUV) 微影技術對於未來數年現代製程技術和半導體製造至關重要。然而，每台EUV 工具的耗電量為1400 千瓦（足以為一座小城市供電），EUV 光刻系統已成為影響環境的大量電力消耗者。 TechInsights 認為，到2030 年，所有配備EUV 工具的晶圓廠的年耗電量將超過54，000 千兆瓦(GW)，這比新加坡或希臘等許多國家每年的耗電量還要多。
目前的低NA EUV 掃描儀需要高達1，170 kW 的功率，而下一代高NA 工具預計每台需要高達1，400 kW 的功率（根據TechInsights）。英特爾、美光、三星、SK 海力士，當然還有台積電運作的晶圓廠安裝的此類機器數量每年都在增加。
TechInsights 認為，到2030 年，配備EUV 掃描儀的晶圓廠數量將從現在的31 家增加到59 家，運作中的設備數量將增加一倍左右。因此，所有安裝的EUV 系統每年將消耗6，100 GW 的電力，這意味著到那時將有數百台機器投入運作。
6，100 GW/年的耗電量（與盧森堡相當）不算多。然而，製造每顆先進晶片需要4，000 多個步驟，而晶圓廠中有數百種工具。 EUV 設備約佔晶圓廠總用電量的11%，其餘則由其他工具、HVAC、設施系統和冷卻設備組成。因此，所有配備Low NA 和High NA EUV 工具的晶圓廠的耗電量估計將增加到54，000 GW/年。
體來說，每年54，000 千兆瓦的電力大約是Meta 資料中心在2023 年消耗的電力的五倍。這也超過了新加坡、希臘或羅馬尼亞每年的電力消耗，是拉斯維加斯大道每年電力消耗的19 倍以上。然而，雖然這是一個相當大的電力量，但它僅佔2021 年全球電力消耗（25，343，000 千兆瓦/年）的0.21%，這是一個相當小的份額。
很容易推斷，如果59 個配備EUV 工具的尖端半導體生產設施每年消耗54，000 GW，則每個設施每年將消耗915 GW，與最先進的資料中心的電力消耗相當。
預計到2030 年，配備EUV 的晶圓廠數量將增加近一倍，而電力消耗也將增加一倍以上，電力基礎設施將面臨重大挑戰，因為即使在今天，AWS、Google、Meta 和微軟等公司仍在努力尋找地方建造兆瓦和千兆瓦級資料中心，因為電網必須能夠處理它們。
吃電怪獸，EUV 光刻機
最近有文章對人工智慧對晶片製造電力消耗的影響提出了警告。然而，推動這項需求的具體半導體製造流程尚不明確。半導體製造需要100 多種不同類型的製程工具，其中極紫外(EUV) 微影工具是最昂貴且耗能最高的。 EUV 工具代表了該行業的最新進展，它能夠在一平方英寸的矽片中塞入更多晶體管，以滿足處理人工智慧、高效能運算和自動駕駛應用的需求。
光刻技術涉及將電晶體圖案印刷到矽片上，自20 世紀50 年代末期以來一直用於半導體製造。幾十年來，該行業逐漸採用波長更短的光來印刷更小的晶體管，而193 奈米深紫外線(DUV) 光刻技術是過去20 年的主力技術。
EUV 工具中使用的光的波長為13.5 奈米，遠遠超出可見光譜，這代表半導體製造的複雜性呈指數級增長。這種光在地球上不會自然產生。它必須使用高功率雷射產生，雷射撞擊錫滴以產生等離子體，然後等離子體發出必要的光。在EUV 工具中，這種強光源會穿過多個鏡頭或從鏡子反射，在穿過機器時吸收能量。對於目前一代的EUV 工具，維持這種光源和加工所需的真空環境需要每台工具高達1，170 千瓦的功率。新一代EUV 工具將採用高數值孔徑(High NA)，預計每台工具需要高達1，400 千瓦的功率。
TechInsights 目前正在追蹤31 家使用EUV 微影技術的晶圓廠，另有28 家晶圓廠將在2030 年底前實施EUV。這將使EUV 微影系統的數量增加一倍以上，這意味著僅EUV 系統每年就需要超過6，100 千兆瓦的電力。在現實世界中，這是拉斯維加斯大道一年用電量的兩倍多。
雖然有500 多家公司生產半導體，但只有少數公司有能力、有需求和技能來支援EUV 微影系統，這對特定區域的能源網有影響。在大批量生產(HVM) 中使用EUV 系統的晶圓廠包括：台灣（台積電和美光）、韓國（三星和SK 海力士）、日本（美光）、亞利桑那州（英特爾和台積電）、俄亥俄州（英特爾）、愛達荷州（美光）、俄勒岡州（英特爾）、紐約州（美光）、德克薩斯州（三星）、德國（英特爾）和愛爾蘭（英特爾）。
圖表顯示了全球大批量製造工廠中EUV 工具年度用電量的預測成長。
需要注意的是，該圖表僅顯示了EUV 工具的耗電量，而不是晶圓廠所需的總電量。事實上，EUV 工具僅佔晶圓廠總耗電量的約11%。其他製程工具以及設施設備都需要電力，包括用於支援無塵室工具的泵浦以及用於維持無塵室溫度、濕度、氣流和純度的複雜HVAC 系統。總而言之，58 家使用EUV 光刻技術的晶圓廠每年所需的總電力可能超過54，000 千兆瓦，相當於拉斯維加斯大道一年用電量的19 倍，可能會給台灣、韓國和美國的電網帶來負擔。
EUV 微影技術在半導體製造中的快速應用標誌著一項重大的技術飛躍，使生產對人工智慧、高效能運算和自動駕駛至關重要的更小、更強大的電晶體成為可能。然而，這項進步對能源消耗產生了相當大的影響。到2030 年，配備EUV 的晶圓廠數量將增加一倍以上，電力需求將激增，對電力基礎設施和永續性構成挑戰。半導體產業、政策制定者和能源供應商必須合作開發創新解決方案，以平衡技術進步與環境管理。