EUV光刻机太耗电令人担忧

目前的低 NA EUV 扫描仪需要高达 1，170 kW 的功率，而下一代高 NA 工具预计每台需要高达 1，400 kW 的功率（根据 TechInsights）。英特尔、美光、三星、SK 海力士，当然还有台积电运营的晶圆厂安装的此类机器数量每年都在增加。

TechInsights 认为，到 2030 年，配备 EUV 扫描仪的晶圆厂数量将从现在的 31 家增加到 59 家，运行中的设备数量将增加一倍左右。因此，所有安装的 EUV 系统每年将消耗 6，100 GW 的电力，这意味着到那时将有数百台机器投入运行。

6，100 GW/年的耗电量（与卢森堡相当）不算多。然而，制造每颗先进芯片需要 4，000 多个步骤，而晶圆厂中有数百种工具。EUV 设备约占晶圆厂总用电量的 11%，其余部分由其他工具、HVAC、设施系统和冷却设备组成。因此，所有配备Low NA 和High NA EUV 工具的晶圆厂的耗电量估计将增加到 54，000 GW/年。

体来说，每年 54，000 千兆瓦的电力大约是 Meta 数据中心在 2023 年消耗的电力的五倍。这也超过了新加坡、希腊或罗马尼亚每年的电力消耗，是拉斯维加斯大道每年电力消耗的 19 倍多。然而，虽然这是一个相当大的电力量，但它仅占 2021 年全球电力消耗（25，343，000 千兆瓦/年）的 0.21%，这是一个相当小的份额。

很容易推断，如果 59 个配备 EUV 工具的尖端半导体生产设施每年消耗 54，000 GW，则每个设施每年将消耗 915 GW，与最先进的数据中心的电力消耗相当。

预计到 2030 年，配备 EUV 的晶圆厂数量将增加近一倍，而电力消耗也将增加一倍以上，电力基础设施将面临重大挑战，因为即使在今天，AWS、Google、Meta 和微软等公司仍在努力寻找地方建设 兆瓦和千兆瓦级数据中心 ，因为电网必须能够处理它们。

吃电怪兽，EUV 光刻机

最近有文章对人工智能对芯片制造电力消耗的影响提出了警告。然而，推动这一需求的具体半导体制造工艺尚不明确。半导体制造需要 100 多种不同类型的工艺工具，其中极紫外 (EUV) 光刻工具是最昂贵且耗能最高的。EUV 工具代表了该行业的最新进展，它能够在一平方英寸的硅片中塞入更多晶体管，以满足处理人工智能、高性能计算和自动驾驶应用的需求。

光刻技术涉及将晶体管图案印刷到硅片上，自 20 世纪 50 年代末以来一直用于半导体制造。几十年来，该行业逐渐采用波长更短的光来印刷更小的晶体管，而 193 纳米深紫外 (DUV) 光刻技术是过去 20 年的主力技术。

EUV 工具中使用的光的波长为 13.5 纳米，远远超出可见光谱，这代表着半导体制造的复杂性呈指数级增长。这种光在地球上不会自然产生。它必须使用高功率激光产生，激光撞击锡滴以产生等离子体，然后等离子体发出必要的光。在 EUV 工具中，这种强光源会穿过多个镜头或从镜子反射，在穿过机器时吸收能量。对于当前一代的 EUV 工具，维持这种光源和加工所需的真空环境需要每台工具高达 1，170 千瓦的功率。下一代 EUV 工具将采用高数值孔径 (High NA)，预计每台工具需要高达 1，400 千瓦的功率。

TechInsights 目前正在跟踪 31 家使用 EUV 光刻技术的晶圆厂，另有 28 家晶圆厂将在 2030 年底前实施 EUV。这将使 EUV 光刻系统的数量增加一倍以上，这意味着仅 EUV 系统每年就需要超过 6，100 千兆瓦的电力。在现实世界中，这是拉斯维加斯大道一年用电量的两倍多。

虽然有 500 多家公司生产半导体，但只有少数公司有能力、有需求和技能来支持 EUV 光刻系统，这对特定区域的能源网有影响。在大批量生产 (HVM) 中使用 EUV 系统的晶圆厂包括：台湾（台积电和美光）、韩国（三星和 SK 海力士）、日本（美光）、亚利桑那州（英特尔和台积电）、俄亥俄州（英特尔）、爱达荷州（美光）、俄勒冈州（英特尔）、纽约州（美光）、德克萨斯州（三星）、德国（英特尔）和爱尔兰（英特尔）。

图表显示了全球大批量制造工厂中 EUV 工具年度用电量的预测增长情况。

需要注意的是，该图表仅显示了 EUV 工具的耗电量，而不是晶圆厂所需的总电量。事实上，EUV 工具仅占晶圆厂总耗电量的约 11%。其他工艺工具以及设施设备都需要电力，包括用于支持洁净室工具的泵以及用于维持洁净室温度、湿度、气流和纯度的复杂 HVAC 系统。总而言之，58 家使用 EUV 光刻技术的晶圆厂每年所需的总电力可能超过 54，000 千兆瓦，相当于拉斯维加斯大道一年用电量的 19 倍，可能会给台湾、韩国和美国的电网带来负担。

EUV 光刻技术在半导体制造中的快速应用标志着一项重大的技术飞跃，使生产对人工智能、高性能计算和自动驾驶至关重要的更小、更强大的晶体管成为可能。然而，这一进步对能源消耗产生了相当大的影响。到 2030 年，配备 EUV 的晶圆厂数量将增加一倍以上，电力需求将激增，对电力基础设施和可持续性构成挑战。半导体行业、政策制定者和能源供应商必须合作开发创新解决方案，以平衡技术进步与环境管理。