晶片產業，沒電了

近年來，人工智慧產業迅速發展，晶片作為其核心組件，一直備受關注。然而，在博世互聯世界2024大會上，特斯拉CEO伊隆馬斯克提出了一個觀點：到了2025年，困擾AI產業的可能不再是晶片的短缺，而是電力供應的緊張。同時，多家媒體通報晶片代工大廠台積電也迎來電費難題。據報道，台灣考慮將台積電電價調高至多30%。

晶片製造是一個高度複雜和能源消耗巨大的過程。從熔化矽開始，到使用高功率雷射進行光刻，再到創造和維護真空狀態，以及持續清潔工作，每個環節都需要大量的電力支援。根據統計，半導體製造廠每小時的耗電量高達100兆瓦時，相當於8萬多戶北美家庭的用電量。這意味著，隨著人工智慧產業對晶片需求的不斷增長，電力供應壓力也將日益增大。

隨著人工智慧的快速發展以及應用，針對它的耗能問題也產生了許多討論。人工智慧有多耗電？每生成9張照片消耗的能量，就可以充滿一部手機。

人工智慧開發商Hugging Face和卡內基美隆大學研究人員組成的團隊，利用一款名為Code Carbon的自研工具，對HuggingFace Hub上16個最受歡迎的開源模型進行了能量消耗和碳排放數據的比較。數據顯示生成式AI每生成1000次影像所消耗的電量在0.06至2.9度數（kWh）之間，中位數接近1.35千瓦時。相比之下，為一般智慧型手機充電所需的能量僅為0.012千瓦時。這意味著，產生大約九張（中位數）人工智慧影像所消耗的能量，便相當於為一部充滿電的手機提供能量。如果使用者使用效率最低的影像產生模型，那麼每生成一張圖片所消耗的能量就足以充滿一次普通智慧型手機，最糟糕的情況下甚至能充滿兩次。

高耗電量背後意味著碳排放的增加。

隨著模型規模的擴大和產生影像品質的提高，所需的能耗和碳排放量也將進一步增加。耗電量背後關係到的是碳排放問題，每張影像生成過程中產生的二氧化碳排放量在0.1至0.5克之間，異常值甚至可能達到2克二氧化碳。這意味著，產生1000張圖片所產生的排放量相當於一輛普通汽車行駛6.5公里所產生的排放量。

人工智慧在影像生成方面的能耗和碳排放問題不容忽視。

01 台積電消耗全島7%電力

讓我們進一步看看晶片產業的耗電問題。

2020年，台積電EUV微影機用電量就達100億度，佔台積電總用電量的50%以上。台積電不斷擴充先進製程，就要一直增設光刻機，造成用電需求年增。

台積電2020年用電量為160億度，約佔台電售電量的5.9%；2021年用電量快速成長至191.9億度，佔台電售電量的7.2%，用電成長率高達20%，用電量超過了擁有270多萬人口的台北市。據德勤預計到2025年，光是台積電一家公司就將佔台灣整體能源消耗的12.5%。

此外，晶圓製造需要超淨的生產環境，整個超淨間需要冷卻和恆溫將穩度控制在22℃左右，每天超淨間的正常運作都將消耗大量的電能；為了要熱處理設備和離子設備來處理晶片生產過程中產生的高溫，這部分涉及的功耗也極為驚人。根據德勤估計，到2028年，台積電佔據台灣的電力消耗可能達到驚人的15%。

隨著全球氣候變遷和能源轉型的推進，電力供應的穩定性已成為全球性的問題。面對如此龐大的耗電量，對晶片產業來說最大的問題是，供電不穩將直接影響工廠產量。尤其是在發展中國家，電力供應不足和不穩定的問題尤其突出。此前，英特爾曾擱置越南投資計畫的原因就是「對越南電力供應穩定程度感到擔憂」。

在這樣的背景下，如果人工智慧產業繼續以當前的能源消耗速度發展，那麼電力供應緊張的問題很可能會成為限制其發展的瓶頸。此外，電力供應緊張也可能對人工智慧產業的永續發展帶來挑戰。隨著人們對環保和永續發展的日益關注，越來越多的企業和國家開始將綠色能源作為發展的重點。然而，如果人工智慧產業的能源消耗持續成長，那麼其對於綠色能源的需求也將不斷增加。這可能會使得綠色能源的供應變得更加緊張，進而影響整個產業的永續發展。

02 沒有電，就沒有晶片

回到台積電的耗電量，光是台積電在台灣的工廠消耗就如此之大，可想而知全球晶圓廠的耗電量的規模。晶圓廠的高耗電量原因有許多，當然最直接的一點就是沒有電力就造不出晶片。

更具體地去看，晶片產業對用電的要求是略微苛刻的。

在用電特性部分，台積電需24小時連續製程，屬全時段用電，年負載率高達80%~90%。其中，在先進製程產能部分，大機率處於滿載狀態，生產工廠的日用電曲線分佈，應該全日維持用電尖峰。同時，隨著製程的更新，以及產量擴大，台積電的用電量也會增加。

為了確保台積電供電穩定，台電在竹科、中科及南科都有配套供電措施，竹科是有通宵電廠、離岸光電來支援；中科是台中電廠加上離岸風電，南部沒有離岸風電，南科是以台電興達電廠為主要電力來源。這個概念是台電電廠直接對台積電有關的科學園區，為了確保台積電的生產，有關部門提供了雙保險，透過用雙迴路來防範斷電意外發生，確保台積電連續生產過程不受干擾。即使有意外發生，台積電本身也有備用的發電設備。

如此高的用電量，對於晶片企業來說，背後的低碳需求日益增長。晶片產業為了更綠色也嘗試了各種探索。晶片產業可採取的措施包括提升除當前晶片製造流程外其他製程的能源效率和速度：例如，LEED認證建築，該產業十年來一直使用該技術來提高永續發展能力。美國LEED體係是一個國際性綠建築認證系統。

當然其中最重要的依舊是綠色電力的應用。根據德勤數據電再生能源可使該產業晶圓廠的能源消耗強度（瓦時/美元）從2020年的近240降至2022年的219，預計2024年將降至206。此外，再生能源使用比例預計將以高於能源消耗強度降幅的速度上升：預計2024年，再生能源將佔能源組成的28%，是2020年的兩倍。

說到底，電力問題、能源問題都是環保議題。越來越多的企業將自己的環保「KPI」提上檯面。英特爾於2022年4月宣布致力於實現溫室氣體淨零排放。（溫室氣體）排放；到2030年，將供應鏈溫室氣體排放量與無投資及行動情況下的排放量相比減少30%；同時提高能源效率，降低我們產品和平台的碳足跡。台積電在CSR(永續)報告中表示，未來非生產性的用電，到2030年要100%的綠電，但是生產性的用電只能使用25%綠電。

03 環保，不只是省電費

隨著科技的不斷進步和全球電子市場的持續擴大，半導體產業正以前所未有的速度發展。對於半導體企業來說，提高永續性不僅是一種社會責任，更是一種商業回報。在未來的發展中，半導體企業需要不斷加強在環保和永續發展方面的投入和創新，以適應日益嚴峻的環境挑戰和市場需求。在當今這個日益關注環保和永續發展的時代，半導體企業面臨前所未有的挑戰和機會。隨著全球對綠色能源和環保意識的日益增強，半導體企業在生產過程中對綠電的成分和比例受到了越來越多的關注。對半導體公司而言，環保意識不僅是一種社會責任，更是一種商業回報。提高永續性不僅有助於企業的長期發展，也能帶來許多實際利益。

為了實現這一目標，半導體企業可以採取一系列措施。首先，加強技術研發與創新，推動綠色生產技術的研發與應用。透過研發更環保、更有效率的生產技術，可以進一步降低能源消耗和減少環境污染。其次，建立完善的綠色供應鏈管理體系，確保供應鏈中的每個環節都符合環保和永續發展的要求。此外，加強員工培訓和意識提升，培養一支具備環保意識和永續發展理念的團隊，也是至關重要的。

透過降低能源消耗和減少廢物排放，企業可以顯著降低生產成本。其次，隨著社會對環保意識的提高，提高永續性有助於半導體公司吸引和留住人才，同時也能贏得更多消費者的信任和支持。此外，提高永續性還有助於降低半導體供應鏈的脆弱性，確保供應鏈的穩定與安全。

在半導體產業的人才競爭中，環保同樣佔有重要地位。半導體產業正面臨與其他多個產業的技術型人才爭奪，因此保持優良的環保記錄顯得尤為重要。特別是在吸引年輕員工方面，具備良好永續發展記錄的公司更具吸引力。根據德勤2023年對Z世代和千禧世代的研究結果顯示，有六分之一的受訪者已經因氣候問題更換工作或行業，而另有四分之一的受訪者計劃在未來這樣做。這一趨勢表明，環保和永續發展在半導體產業人才招募的重要性不容忽視。（半導體產業縱橫）