电荒” 大爆发，日月光等多家半导体大厂限电停工，日耗 3 万度电的 euv 光刻机还撑得住吗？丨云腾五洲物联网头条 · 物联网平台-威尼斯人最新
近日，国内 “电荒” 进一步加剧，日常用电也终究受到了波及。而在本轮这波 “缺电” 大潮中，制造业首当其冲，高精尖的半导体产业链自然也无法幸免，这无疑让本就不富裕的芯片行业雪上加霜。
对许多年轻人而言，“停电” 恐怕是一个十分遥远又陌生的词语。然而，这两天，与停电相关的事件却成了热搜上的 “常客”。不少网友吐槽——吃不上饭、洗不上澡、不敢上厕所、手机没信号、红绿灯停电引发拥堵……更有吉林一家四口被困电梯，幸而得救。网友直呼：“2021 年活出了原始人的感觉……”
此次 “电荒” 并非毫无征兆，自 2020 年 12 月起，包括湖南，江西，浙江在内的南方诸多省份都出现了不同程度的限电。时值供暖高峰期，对于许多不知暖气为何物、依靠空调取暖的南方城市而言，去年的冬天异常艰难，义乌甚至到了晚上就要关闭路灯和小区的景观灯……
转至 2021 年，捱过寒冬，情况也并未有所好转，甚至 “每况愈下”。广东、广西、云南、江苏、浙江、宁夏等省区陆续发布了 “有序用电” 的通知，部分地区的错峰用电方案逐步从 “开五停二” 升级为 “开二停五”，有些地区甚至是 “开一停六”，但终究是针对工业用电，所以居民并未有明显感受。
然而，随着情况进一步严峻，日常用电也终究受到了波及，这才演变为全民关注的社会性事件。对此，国家电网工作人员回应：东北地区已经首先对非居民执行了有序用电，但是在执行后仍存在电力缺口，目前整个电网有崩溃的危险，才采取了对居民限电的措施。
这波 “缺电” 大潮，制造业首当其冲，高精尖的半导体产业链自然也无法幸免，这无疑让本就不富裕的芯片行业雪上加霜。
半导体工厂实为用电大户
截至 9 月 25 日晚，山东省烟台、淄博，江苏省徐州、淮安、连云港、盐城、泰州、无锡、苏州；浙江绍兴，广东东莞、佛山、汕头、揭阳等城市目前已确认有企业接到 “停电限产” 通知。
9 月 26 日，微博网友 @ 手机晶片达人爆料称，日月光半导体（昆山）有限公司对客户发布公告称，因中国政府加强能耗双减政策执行力度，其接到当地政府紧急限电通知，经协商，将于2021年9月27日8 时至2021年9月30日24 时限电。限电期间，工厂将无任何产出。
图源：@ 手机晶片达人
此外，全球第二大芯片电阻基板厂九豪 9 月 26 日先降载 15％，该公司高温锅炉仍维持生产，但是配合当地政府要求，这种半停工状态预计维期一周；据《日经亚洲评论》报道，苹果和特斯拉的主要机械零部件供应商乙盛精密工业 26 日也表示，该公司在江苏昆山市的工厂从 9 月 26 日到 10 月 1 日暂停生产……
不难发现，本次限电中，各地均将目光聚焦在制造业，而半导体作为制造业的重要一环，本身也是能耗大户，“缺电” 在某种程度上已成为扩大产能的阻碍之一。
以全球最大的芯片代工厂台积电为例，2019 年，包括中国台湾厂区、wafertech、台积电（中国）、台积电（南京）、采钰公司在内，台积电全球能源消耗量为 143.3 亿度，消耗了台湾近 6% 的电量，同年，拥有 1300 万人口的深圳，一年居民用电量也仅为 146 亿度电。
面对如此惊人的用电量，台积电表示，高端光刻机设备的电力消耗占到了公司整体电力消耗的 50% 以上，尤其是顶尖的 euv 光刻机设备，虽然有效的输出功率仅为 250w，但其能源转换效率却只有 0.02%。
原因是极紫外光非常容易被吸收，连空气都无法透光，所以必须在真空环境中生产，同时，也无法以玻璃透镜折射，必须以硅与钼制成的特殊镀膜反射镜，来修正光的前进方向，而且每一次反射仍会损失 3 成能量，但每台 euv 机台需要经过十几面反射镜，将光从光源一路导到晶圆，所以损耗极大。据测算，一台输出功率 250w 的 euv 机器工作一天，将会消耗 3 万度电。同时，高耗电量所带来的设备发热无可避免，所以工厂内的冷却系统也同样会消耗大量的电能。
2020 年 7 月，曾有台湾媒体报道，随着台积电 5nm 的大规模量产，其单位产品用电量相比去年上升了 17.9%。毫无疑问，新制程技术的复杂度也将进一步拉动电能用量。曾有媒体预测，台积电 3nm 半导体制造厂开启后，预计年耗电量将达到 70 亿度。
据悉，asml 也在持续提升光刻机的效率，例如，nxe:3400c 的产能从之前的 125wph（每小时处理晶圆数）提升到了 175wph，同时还将推出针对 3nm 及以下制程的 exe:5000 系列 euv 光刻机。
诚然，台积电工厂的工艺复杂程度及产能需求在整个半导体产业链中属于佼佼者，无法以一概全，但芯片工厂的精密特性毋庸置疑，是以行业整体用电量都较高。
滴水穿石，限电的多重诱因
半导体产业耗电已持续许久，此次的多省限电也不应是芯片 “背锅”，而对于其背后的原因网友也是众说纷纭，除去 “用大量能源帮助迪迦奥特曼制造光能回复能量”、“挖矿” 耗费电力、限电是为打赢对美金融战等无从考证的猜测外，能耗双控行动影响、复工复产导致用电量攀升及国内煤炭供应不足可能成为其中重要诱因。
其中，“能耗双控” 是指在党的十八届五中全会上所提出的实行能源消耗总量和强度 “双控” 行动，在 “碳达峰、碳中和” 大目标下，将能耗强度也作为约束性指标，进一步推动各地探索低碳经济。
然而，今年 8 月，发改委印发了《2021 年上半年各地区能耗双控目标完成情况晴雨表》，广东、江苏、福建等省区亮起红灯，能耗强度同比不降反升。在生态环境督查和双控考核的压力之下，部分地区为完成双控目标，出现了包括不必要的限电在内的激进 “减碳” 行为，对此，中央多次强调，避免 “一刀切关停”，纠正 “运动式减碳”。
对此，广东省能源局相关负责人表示，本轮错峰用电主要是因为高温天气下电量负荷双增长、省内机组发电能力有限等因素造成的，并不是因为能耗双控工作。而对于本轮电力供应不足的主要原因，广东省能源局副局长刘文胜表示：
一是广东省经济复苏势头强劲，社会经济发展平稳快速态势带动电力电量均高速增长。1 月和 3 月历史上首次用电负荷突破 1 亿千瓦，电量增速达 30% 以上。1—8 月，我省全社会用电量 5253 亿千瓦时，同比增长 17.3%，比全国增速高 3.5 个百分点；目前正是 “金九银十” 订单高峰期，二产、三产用电需求持续旺盛，工业用电量 3077 亿千瓦时，同比增长 18.3%。目前，广东省统调最高负荷需求为全国最高，达 1.41 亿千瓦，同比增长 11%。
二是高温 “加持”，电量负荷双增长。作为典型的气温 “敏感” 型地区，广东近期气温最高达 34℃—38℃，较往年同期偏高 3℃—4℃，气温每升高 1℃，电力负荷便将提高 200 万—300 万千瓦。
三是省内机组发电能力有限。天然气、煤炭价格高涨，资源供应紧张，火电企业发电积极性不高，叠加机组长期顶峰发电设备存在缺陷等因素。
自复产复工以来，全国用电需求快速增长，同比涨幅接近 15%。在供给端，火电仍是我国发电主力，但煤炭价格却在持续飙升，据 zaker 新闻报道，一位中部地区大型电力企业负责人表示，“目前，5500 大卡动力煤长协价（长期供货协议价格）已超 1000 元/吨，市场煤价格超 1400 元/吨，电厂每发一度电，亏损都在加剧，部分火电企业出电量不得不下降。” 所以，煤炭供需矛盾进一步加剧了我国的电网压力。
图源：吴晓波频道
写在最后
凛冬将至，各地的煤炭、用电需求势必将再次迎来高峰，在 “限电停产”、“拉闸限电” 等消息霸屏一天后，国家电网与多地政府纷纷发文称，“将尽最大努力保障居民生活用电”、“坚决守住民生、发展和安全底线”，无疑为居民吃了一颗定心丸。
产业端，制造业的高能耗虽然无法在短时间内实现飞跃，但在数字化技术的加持下，相信能耗管理系统将极大提升工厂用电能效。
来源：物联网智库