日前有媒體報道稱，臺積電已經成功開發了2nm工藝，而2nm工廠預計將落腳于新竹科學園區寶山園區，且臺積電也持續積極布局2nm以下的先進制程，傳聞可能會在高雄設廠。至于2nm的進度，消息稱臺積電將在2023年上半年進行風險生產，2024年開始批量生產。

不過，臺積電對此消息回應稱，目前已投入2nm制程技術研發，不過，尚無具體量產時間。

臺積電過去約每2年推進一個世代制程技術，今年下半年5nm制程大量生產，3nm預計2022 年下半年量產（資料顯示，臺積電3nm工藝比5nm工藝的晶體管密度高70％，性能提高15％，功耗降低30％）。因此，外界推測，臺積電2nm大約會在2025 年之前量產。

與此同時，根據中國臺灣地區經濟部能源局公告顯示，2022年到2023年應備總供電容量增加近100萬千瓦，2024年到2025年進一步大增257.6萬千瓦。

由于臺積電是臺灣的用電大戶，從臺灣供電容量的增加幅度來看，外界猜測，臺積電2nm制程有望于2025 年前量產，與臺灣用電負載激增時間吻合。

臺積電：臺灣最大的耗電大戶

根據世界能源署統計，2012年臺灣人均年耗電量已經達到約10800千瓦時，超過日本、韓國，成為亞洲非產油國家和地區人均耗電量之最。而2014年中國大陸的人均年耗電量才4740千瓦時，不到臺灣地區2012年的一半。

不過以上數據可能與臺灣公布數據存在一些出入。根據臺電統計數據顯示，2012年民生用電售電量576.45億度，工業用電1176.48億度。截至2012年底，臺灣人口約2331.58萬人。以此數據來估算，臺灣的人均年耗電量約為7518度。

根據電公司統計的數據顯示，中國臺灣地區2018年全年用電量達2191億度。而2018年底，臺灣戶籍登記人口則為2358.9萬人。按照此數據來計算，2018年，臺灣人均年耗電量已經超過了9288千萬時，遠超冰島等人均耗電量排名靠前的國家。

△根據美國中央情報局2016年的數據顯示，雖然中國電力產量居世界首位，但人均能源消耗量居世界第63位。而人均耗電量最多的國家則是冰島，達到了5777千瓦時。

臺灣地區人均年耗電量如此之高的關鍵原因則是，臺灣龐大的半導體產業消耗了大量的電能，導致臺灣的人均年耗電量“被平均”了。

在臺灣半導體廠商當中，臺積電一直都是最大的用電大戶，幾年之前，臺積電的用電量就占據了全臺灣用電量的5%以上。

根據臺積電企業社會責任報告書，2016年臺積電用電量就已高達88.53 億度，較前2015年增加了11％。當時臺積電僅在竹科的Fab耗電功率已經超過72萬千瓦。

2019年，包括中國臺灣廠區、WaferTech、臺積電（中國）、臺積電（南京）、采鈺公司，臺積電全球能源消耗量為143.3億度，比五年前增加了54.12億度，近五年每年平均年增長率12.5%。資料顯示，過去五年，全臺灣增長的電量，其中1/3都被臺積電給消耗了。

先進制程產線最為耗電：一臺EUV***，一天耗電3萬度？3nm工廠年耗電量將達70億度

臺積電造的每一顆芯片需要經過數千道工序才能完工，而這其中需要利用大量的半導體設備，并一直維持恒溫、高壓等各種復雜環境，這一切都需要電，造的芯片越多、制程越先進，用的電就越多。

數據顯示，先進制程機臺用電量占臺積電公司能源使用50%以上，同時考慮先進制程機臺數量逐年增加，臺積電對于電能的消耗將進一步快速增長。

由于7nm以下的先進工藝制程必須要使用EUV***，而EUV***的大量使用將會對臺灣的供電能力提出巨大挑戰。

SK 海力士此前曾表示，“EUV 的能源轉換效率（wall plug efficiency）只有 0.02% 左右。”而造成轉換率低的一大原因是，極紫外光本身的損耗過大。

“極紫外光物理特性與一般常見的紫外光差異極大。這種光非常容易被吸收，連空氣都不透光，所以整個生產環境必須抽成真空；同時，也無法以玻璃透鏡折射，必須以硅與鉬制成的特殊鍍膜反射鏡，來修正光的前進方向，而且每一次反射仍會損失 3 成能量，但一臺 EUV 機臺得經過十幾面反射鏡，將光從光源一路導到晶圓，最后大概只能剩下不到 2% 的光線。”這也是 EUV 機臺如此耗電的主因之一。

如果按照前面的EUV能源轉換效率只有0.02% 來計算，目前先進的能輸出 250 瓦功率的 EUV的機臺，需要輸入0.125萬千瓦的電力才能達到，這個耗電量是傳統氬氟雷射的 10 倍以上。

換句話來說，就是一臺輸出功率250W的EUV機器工作一天，將會消耗3萬度電，這個數字確實嚇人。

根據了解，要想達到 250 瓦功率的 EUV輸出，需要將多臺13kW CO2激光器串聯接通達到所需的功率要求，最終從等離子體源產生所需的EUV光輸出。

高科技產生極紫外光的過程非常低效，過去被人們比擬為“用核反應堆提供動力”，但也成為了滿足半導體工業批量生產要求擴展EUV輸出功率的唯一可行方式。

另外需要指出的是，如此大的耗電量也不可避免的帶來了很大的發熱量，因此需要部署相應的冷卻系統，而這也將非常的耗電。

根據今年7月臺灣媒體的報道稱，隨著臺積電5nm的大規模量產，臺積電今年的單位產品用電量相比去年上升了17.9%，而該公司擬定的目標則為降低11.5%。臺媒稱，以執行力著稱的臺積電管理團隊，如此大幅落后設定目標，是極罕見的事。

臺積電對此解釋稱，隨著新制程技術與制程復雜度增加，新制程機臺用電量上升，導致10nm以下制程產品用電量較16nm以上的制程倍增。

有分析稱，極可能是EUV導入的速度與量產之后的耗電量超乎預期。

根據預計，一個7nm的EUV產線可能只需要1臺ASML EUV***NXE 3400B即可，但是到了3nm制程產線，如果繼續用NXE 3400B，就可能需要4臺才能實現，耗電量將更為驚人。

不過，ASML也正在提升***的效率，比如已推出的改進的NXE:3400C的產能從之前的125WPH（每小時處理晶圓數）提升到了175WPH，同時還將推出針對3nm及以下制程的EXE:5000系列EUV***。希望屆時新的EUV***能夠進一步提升能效比。但是，單機的能耗恐怕難以實現大幅的降低。

根據之前的預測，臺積電3nm半導體制造廠開啟后，預計年耗電量將達到70億度。而等到2nm制程Fab的量產，其耗電量必然將再度上升到一個新的臺階，未來臺積電的用電量將有可能超過臺灣總電量的10%。

“缺電”或成臺灣半導體產業發展掣肘

需要指出的是，由于臺灣的煤炭、石油、天然氣、水利資源都比較匱乏，這也導致了臺灣所需的能源99%需要靠進口。更為關鍵的是，在2011年日本大地震導致日本福島第一核電站發生泄露之后，臺灣就開始逐步“去核化”，這也進一步加重了臺灣的能源危機。

當時的民進黨主席蔡英文為了獲得支持率，就拋出了“2025非核家園計劃”，強調如果贏得“總統”大選，將最終在2025年完全停止核能發電。蔡英文當選之后，2017年2月，臺灣地區立法機構正式通過的相關條文明確，核能發電設備應于2025年以前全部停止運轉，以實現蔡英文提出的“2025非核家園”目標。

按照“2025非核家園”的規劃，到2025年臺灣天然氣發電占總發電比例的50%，燃煤30%，綠色能源20%。而根據臺電所發布的報告顯示，2016年臺電系統發、購電量為2258億度，其中火力發電量占比達79.9%，再生能源占比為5.1%，抽蓄水力1.5%，核能為13.5%。而2016年臺電備用容量率僅10.4%。

考慮到未來臺灣用電的增長，要在完全退出核能的同時，實現2025年“2025非核家園”的規劃目標幾乎是不可能。

在臺灣當局通過“2025非核家園”目標數月之后，2017年8月15日，臺灣發生全島性大規模停電，受影響家庭近700萬戶（幾乎是臺灣全部人口）。

為了保護臺灣的支柱產業——半導體產業，當地政府將當晚殘存的電力全都供給了三大科學園區的半導體Fab廠，這才使得全球最大的晶圓代工廠臺積電在這次停電中毫發無傷。

但這也著實讓當地政府及臺積電大驚一場。要知道，一座先進制程的半導體產線停電幾小時就有可能造成數千萬美元的損失。

為了緩解日益緊張的用電危機，2018年11月，臺灣當局“認慫”，“以核養綠”公投過關，廢止了2025年核能發電設備全部停止運轉的期限，這也使得2018年臺灣核能供應相比2017年有所增加。但是蔡英文政府仍強調，非核家園仍是目標。

根據統計數據顯示，2018年中國臺灣地區能源供給總量為1.28億噸油當量，以化石能源為主，占92.8%，非化石能源僅占7.2%。化石能源中，石油供給總量為6170萬噸油當量，占能源供給總量的48.3%，煤炭3755萬噸油當量，占29.4%，天然氣1940萬噸油當量，占15.2%。2018年非化石能源消費中，核能供給量很大，為688萬噸油當量，占能源總供給的5.4%。其他能源品種：生物質及廢棄物僅占1.1%，水電占0.3%，太陽能和風能分別占0.2%和0.1%，地熱能占比極小。

截至2018年底，中國臺灣地區累計發電裝機容量52.44GW，以化石能源發電為主，煤電裝機19.35GW（36.9%），氣電裝機16.68GW（31.8%），燃油發電裝機3.08GW（5.9%），非化石能源發電裝機13.33MW（25.4%）。2018年，中國臺灣地區發電量為2755.8億千瓦時，其中化石能源發電占比84%，非化石能源發電占16%（其中大部分仍為核能）。

從數據來看，臺灣目前的發電主要還是以燃煤、燃氣發電為主，而這些能源則主要依賴于進口。其中，石油供應消費全部依賴進口，3/4來自中東；煤炭消費全部依賴進口，約1/2來自澳大利亞；天然氣消費絕大部分依賴進口，1/2來自亞太。相比之下水電、太陽能、風能占比則很小。而隨著核能的逐步退出，以及臺灣半導體產業對于電力需求的快速增長，臺灣的能源供需尤其是電力供需矛盾未來將會日益突出。

早在2015年底的時候，馬英九到參觀臺積電中科廠，當時臺積電董事長張忠謀就指出，“目前臺灣最大的隱憂之一就是缺電”，并預言臺灣2017年可能面臨限電危機。

張忠謀當時在接受采訪時就表示，停電對于臺積電的影響“幾乎不可估計”。

雖然臺積電每個廠都有備用電源，但是面對產線所需的巨大電能，備用電源在停電時也撐不了多久。如果臺積電未來更為先進的3nm、2nm工廠出現停電，那么后果更是不可想象。

而為了降低這方面的風險，臺積電的近年來也在積極的多方布局。

一方面，為了分散風險，同時更為貼近客戶。臺積電近兩年開始積極在臺灣以外建廠，比如早已量產的南京臺積電廠和規劃中的美國5nm工廠。

另一方面，臺積電也在積極推動“綠色制造”，通過系統設計和管理上的優化以及設備的改進來降低能耗。

臺積電董事長劉德音11月底在3nm廠上梁典禮時曾說，新廠房設計之初已依據臺灣與美國綠建筑認證系統指標規劃，并持續推動節能、節水、減廢、減碳與生態保護等友善環境行動。

考慮到先進制程機臺的數量和用電量的急劇上升，臺積電也攜手機臺設備商合作開發半導體“綠色機臺”，并啟動新世代機臺節能行動專案，估計今年將因啟用5nm節能機臺省下2億度用電量。

臺積電表示，還將展開能源用量管理、用電效能提升及生產流程高效化，以期能達成相同制程技術量產5年后，生產能效提升1倍的效果。

此外，臺積電還曾提出過自建電廠的計劃，但是卻并未獲批。不過，臺積電也在通過與第三方的電力公司合作，來降低對于官方電力供應系統的依賴。今年7月，臺積電與風電公司沃旭簽署協議，承包其兩座風電場未來20年的發電量，預計每年將消耗34.5億度綠色電力。臺積電希望未來其3nm工廠使用綠色電力占比將達到20%左右。

今年7月，臺積電還加入了全球再生能源倡議組織（RE100），成為全球第一家參加的半導體企業，承諾2050年前全球營運100%使用再生能源。不過，數據顯示，臺灣地區2019年綠色能源發電量僅為140億度，還不夠滿足臺積電一家的使用量。

而為了讓臺積電能夠放心的在臺灣建設3nm、2nm工廠，臺灣地區經濟部長王美花近日也表示，由于臺灣半導體、電子等產業持續增加，政府一定要先把環境做好，尤其電力整備要提前準備好，未來5年供電及備轉容量率都將持續增加，規劃2025年備載容量達17.2%。將會配合臺積電的水電需求，以確保供應上沒有問題。
責編AJX