很多人都忘了，臺積電董事長張忠謀曾在2年前準確預言今日的缺電危機。

2015年底，當時的總統馬英九到參觀臺積電中科廠。當時張忠謀便指出，目前臺灣最大的隱憂之一就是缺電，他并指出臺灣2017年可能面臨限電危機，“這對產業影響相當大”。

張忠謀并隨后在媒體提問時指出，停電對于臺積電的影響“幾乎不可估計”。他說，臺積電每個廠都有備用電源，但備用電源的用電成本比起臺電提供的電貴3倍，如果未來長期限電“這就很累了”。

其實，過去一段時間，張忠謀幾乎每次公開發言，都會提到‘電’。他到底在擔心什么？答案就藏在今年1月18日，臺灣環保署通過的臺南科學園區擴建案的環境差異影響評估里頭。

因為臺積電計劃于2020年量產的5納米工藝，決定放在南科廠，導致南科的用水、用電量暴增，大幅超過當初園區的規劃量，因此依法得做環境差異影響評估。

用電增幅狂飆46%

其中，用電增幅極為驚人，從原本規劃的152萬瓦，增加至222萬瓦，大幅增加46%。

根據南科管理局提供給環保署的文件，臺積電的5納米工藝，估計用電量72萬瓦，幾乎與南科申請新增的用電功率相當。

這個數字究竟有多大？根據臺電信息，東部用電量約在40到50萬瓦之間。也就是說，臺積電一個新廠的用電量，將比整個東臺灣56萬人口的用電量還多上不少。

半導體的制造，本來就是高度耗電的過程。盡管臺積電每年花費偌大人力、心力節省電力，但仍改變不了，采用各種先進科技及復雜化學品的晶圓廠、同時也是吃電大怪獸的事實。

根據臺積電企業社會責任報告書，2016年用電量為88.53億度，較前一年增加11%。

這個用電成長率，與臺積電業績的成長高度符合。臺積電董事長張忠謀在2009年重新接任執行長之后，每年法說會都向投資人保證，每年營收都會維持二位數成長，用電量也大致維持相同比例成長。

結果是，過去5年間，臺積電大舉擴產，股價與業績一再創下新高之際。總體用電量也增加102%，整整翻了一倍有余。

“救世主”技術上線，卻是嚇死人地耗電

臺積電也因此成為臺灣用電成長的主要“貢獻者”之一。

根據能源局統計數據，同時間全臺灣工業部門的用電僅增加6%。而這個增加量當中超過一半是臺積電貢獻。

全臺灣用電量，過去5年的增加量當中也有33.6%，差不多三分之一的增加量由臺積電貢獻。

而且，在可預見的未來，這家世界級半導體天王每年用電增加的幅度，只怕還會加速擴大。因為半導體工藝技術，又到了改朝換代時刻。

臺積電預計2019年量產的7納米工藝的第二版本──7 Plus，部分工藝將首度導入極紫外光（EUV）微影工藝，這是半導體產業期待已久的“救世主”技術。

目前半導體工藝的主流光源是氬氟雷射，波長為193納米，當晶體管尺度已微縮到幾十納米時，就像用一支粗毛筆寫蠅頭小字一般，生產起來有點力不從心。這也是近幾年，摩爾定律即將告終的聲浪不斷的主因。

極紫外光的波長僅有13.5納米，業界期望這支“超細字小楷”能夠讓摩爾定律再延伸至少10年。

灑百億購入夢幻設備足以買下兩架A380

今年1月，臺積電5納米案環差評估案通過的同一星期。獨家生產EUV微影機臺的荷蘭商艾司摩爾（ASML）在法說會宣布，已接到EUV微影機臺6部訂單。

根據《霸榮周刊》（Barron’s）報導，分析師推測，臺積電訂走了其中5臺，亦即一口氣買下5.5億美元（約167.8億臺幣）的設備。

這個價錢，幾乎可以買下兩臺世界最大民航機──空巴A380。

除了昂貴之外，但對臺灣而言，EUV這個“救世主”技術還有一個大缺點──耗電。

有多耗電？“嚇死人！”臺積電300mmFabs廠務處資深處長莊子壽心有余悸地說。他今年3月在一場記者會時表示，他希望未來臺積電EUV用得“愈少愈好”，“因為太貴了，用的電也太大了。”

艾司摩爾至今尚未公布EUV機臺的耗電功率，但世界第二大內存制造商、南韓的SK海力士曾在2009年的EUV Symposium表示，EUV的能源轉換效率（wall plugef ficiency）只有0.02%左右。

這個數字現在廣為業界引用。也就是說，當前最先進的EUV機臺能輸出250瓦功率的EUV，需要輸入0.125萬瓦的電力，這個耗電量是傳統氬氟雷射的10倍以上。

“要把光壓到這么短的波長，需要很強很強的能量，”莊子壽解釋。

連冷卻系統用電也不容小覷

事實上，過去幾年，EUV機臺的輸出功率過小，遲遲無法達到量產要求，是這個夢幻技術一再延誤上市時機的主要理由。

臺積電法說時，負責先進工藝的共同執行長劉德音也常被分析師問到，他期待的EUV機臺功率、量產速度各為多少？

在5年前，艾司摩爾試驗機臺的輸出功率還僅有25瓦。但就在上個月，該公司達到歷史里程碑。在舊金山的2017年SemiconWest半導體設備展，艾司摩爾宣布，該公司已成功地將EUV光源功率提升到250瓦，晶圓生產速度因此達到每小時125片──這都是臺積電、英特爾等大客戶之前提出的量產最低要求。現有的微影系統量產速度為每小時200片以上。

為什么提升功率這么難？

曾與臺積電合作EUV光源研究的臺大電機系教授黃升龍解釋，主要是卡在散熱問題。他在臺大的EUV實驗機組，輸出功率僅有毫（千分之一）瓦等級，水冷系統整個架起來就有一個房間這么大。晶圓廠的EUV量產系統輸出功率是臺大的上萬倍，要怎樣將熱導出去，是很復雜的技術難題。而且，“冷卻系統也得耗上不少電”黃升龍說。

整個EUV技術商用化的過程之艱辛、投入研發金額之巨，堪稱半導體業的“登月計劃”。曾有業者估計，整個業界投入的研發經費超過200億美元（約臺幣6,100億元）。EUV稱為“極紫外光”，但物理特性與一般常見的紫外光差異極大。

首先，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。

為了確保供電，臺積電曾考慮自蓋電廠

然而，半導體除了最核心的微影，還有蝕刻、蒸鍍、平面化等多道工藝。導入高耗電的EUV光源，這道工藝對于整廠的用電影響有多大？

這次南科新廠的環差評估過程，臺積電主管出示的一張投影片，給了清楚的答案。

若以廠房單位土地規劃用電來算，5納米工藝用電是當今臺積電的主流28納米工藝的1.48倍。也就是說，如果同樣都是40公頃的廠區，2020年量產的5納米工藝，總用電會是目前的一倍半。

“而且，5納米應該只有一半工藝用到EUV，”一位外資分析師說。他表示，由于EUV技術極為昂貴，臺積電仍只有在部分較難的工藝才采用新技術。但到了在下一個世代，已經逼近摩爾定律極限的3納米工藝，EUV采用比例就會大幅增加，用電量會進一步暴增。

去年6月，行政院長林全首度透露，臺積電有意自蓋電廠。這位分析師表示，當時臺積電就是擔心大量導入EUV光源的5納米工藝，南科電力系統無法負荷，直到臺電出具供電保證，才打消念頭。

一位臺積電前主管表示，臺積電的企業文化是高度專注本業，像自蓋電廠這類事，“過去根本連想都不會想，會去考慮這件事，就表示缺電非常嚴重。”

但接下來更耗電的的3納米工藝，便傳出臺積電有意設廠美國，除了土地與環評，電力穩定度也是考慮因素之一。

在第二季法說會上，臺積電共同執行長劉德音表示，3納米的選址決定明年上半年將會正式決定，目前仍是以臺灣為優先。