台積電近年加速海外擴張，赴美國、日本和德國設廠。走出台灣，不只為了政府補貼和更接近客戶，或許還有一個關鍵原因：能源。2024年，台積電在台灣一共用了253億度電，佔全台總用電量8.9%；整個半導體產業，用電達402億度，佔總用電量14.2％。
儘管台灣目前供電充足，但隨著 AI 浪潮帶動高階晶片需求，半導體產業正加速成長，也讓用電需求大幅攀升。這樣的榮景，是幾年前想也想不到的。當時，隨著尖端晶片的製造成本不斷提升，有專家認為企業將缺乏動力升級到三奈米以下的晶片。
然而，2022年底，ChatGPT 橫空出世，徹底改變了晶片產業的走向。像 ChatGPT 一類的大型語言模型，其訓練和運作都需耗費大量算力。目前看來，AI 對算力需求彷彿沒有上限，還需要更多、更小、更先進的高階晶片，三奈米、二奈米都不夠，要進入所謂的「埃米」（angstrom）時代，即台積電正在挑戰的 A16 製程（1.6奈米或16埃米）。
在這波 AI 浪潮中，由於台積電的晶圓代工龍頭地位，台灣被推上了風頭浪尖。今年5月，台灣總統賴清德出席半導體論壇，宣告台灣將成為「人工智慧時代科技發展的支點」。在政府的大力支持下，台灣電力公司（下稱「台電」）傾盡全力，滿足半導體產業龐大的用電需求。
2024年8月，台電於國家氣候變遷對策委員會發表報告，預測到2030年，台灣半導體產業用電量將增加324萬千瓦。由於晶圓廠全年24小時不停運轉，這個數字約等於284億度電。和2023年半導體用電量380億度相比，增幅約75%。
而且，不只要用電，還要用「綠電」。台積電承諾在2030年，全球營運將有60%使用再生能源，這個數字目前只有14%。若台積電2030年的總用電量為400億度，那就是有240億度使用再生能源。然而，台灣2023年再生能源總發電量僅340億度。未來五年，台灣和台積電都必須大幅加快綠能轉型的步伐。
由於高階晶片的戰略重要性，台積電長久以來被視為台灣的「護國神山」；但作為代價，台積電在台灣的十餘座晶圓廠，也要求這座島嶼以水、電和土地供養。一個台灣，究竟能容納多少晶圓廠？而當台積電走向世界，又能多大程度解決能源問題？
被 AI「拯救」的摩爾定律
作為一個高耗能、高資本的產業，半導體在數年前並不被看好。專家們曾爭論尖端晶片的發展何時會走到盡頭，「摩爾定律」何時失效；但人工智能的出現，讓這個產業迎來史無前例的繁榮。
所謂的「摩爾定律」，指的是每隔18到24個月，同等面積晶片能容納的電晶體數量會增加一倍。理論上，這能降低達到相同算力所需的單位成本；然而，隨著晶片越做越小、技術難度越來越高，製造過程的耗能也翻倍成長。
2023年，台積電每製造一片3奈米晶圓，會產生相當於4460公斤二氧化碳的碳排量，消耗37.2立方公尺的水。和上一世代的5奈米晶圓相比，碳足跡增加四成，水足跡增加近一倍。和主要用於90奈米以上成熟製程的8吋晶圓相比，碳足跡超過10倍，水足跡超過12倍。
從2018年的7奈米、2020年的5奈米，到2022年的3奈米，以及將在2025年第四季量產的2奈米，每隔兩、三年，台積電最先進製程便會提升一個節點。一般來說，由於技術成熟、良率進步和導入節能措施，各製程節點在量產幾年後，單位能耗會有所下降；但因為此時又進入下一世代製程，平均能耗仍不斷增加。
2023年，台積電每完成一片十二吋晶圓上的一層光罩，平均會消耗40.5度電，這個數字和2017年的21.4度相比，高出近一倍；能源總消耗量則達到247.6億度，和2017年的120.2億度相比，同樣高出一倍。換句話說，無論是單位能耗或總用電量都翻倍增長。
隨著製程進步，能源和設備成本不斷增加，但由於晶片越做越小，每片晶圓理論上可以切割出更多晶片，因此單顆晶片的成本未必上升。這正是摩爾定律所承諾的：算力隨時間提升，晶片成本卻維持不變。實際上，晶片成本還受到良率、設計複雜度多種因素影響，很難一概而論。
然而，當製程推進到5奈米以下，資本投入、能源消耗和研發難度都顯著上升，全球半導體產業不得不面對「摩爾定律何時失效」的疑問。
2020年，當時台積電剛進入5奈米世代，美國智庫CSET發表一份報告，估算不同世代晶片的合理汰換速度。報告指出，若單純考慮成本效益，那企業從10奈米晶片升級為7奈米，需要3.7年的時間才能回本；從7奈米升級為5奈米，則需要8.8年的時間回本，遠高於摩爾定律宣稱的兩年。
換句話說，進入7奈米、5奈米時代後，企業沒必要每隔兩、三年，就升級到下一世代的晶片。報告總結：「這相當於一種市場預測：摩爾定律正在放緩，3奈米晶片可能長期難產。」
消費型電子產品的發展似乎也印證此點。過去十年，先進晶片大多用於高階手機、平板和電腦。2016年，蘋果推出iPhone 7，搭載台積電生產的16奈米晶片；2020年的iPhone 12，晶片升級為5奈米；到了2024年的iPhone 16，則用上3奈米晶片。儘管晶片不斷升級，用戶體驗卻沒有大幅提升，網路上常看到對iPhone「升級無感」的討論。
事實上，摩爾定律的名稱本帶有誤導性，它並非牛頓運動定律一般的自然法則，而是市場需求和產業競爭共同造就的技術進步。當晶片效能的進步趨緩，企業缺乏升級動力，人們便懷疑摩爾定律是否將無以為繼。
直到2022年底，ChatGPT 橫空出世，掀起 AI 浪潮，徹底改變了半導體產業的走向。訓練大型語言模型，需要上千片高效能 GPU 日以繼夜地運算數週，要回應全球用戶每天上億次對話請求，更仰賴龐大算力與電力支撐。AI 對算力的需求彷彿沒有上限，為摩爾定律注入了全新的燃料。
半導體光學技術專家龐琳勇接受《硅谷101》採訪時說道：「幾年前， 大家對半導體行業還挺有疑慮的，（覺得）平板電腦或筆記本電腦已經跑得足夠快了，沒必要再往下做了」，「現在（AI）大模型出來後，半導體又從以前我們覺得的夕陽產業，變成一個非常朝陽的產業了，還有很多事情要做。」
2024年，ASML於推出新一代高數值孔徑（High NA）極紫外光光刻機，被認為是突破兩奈米節點的關鍵設備。這台機器要價4億美元，耗電量預估達每年1400千瓦時，和目前通用的低數值孔徑（Low NA）光刻機相比，耗電量增加約20%。
ASML 官網宣稱，由於新一代光刻機能提升單位晶片的電晶體密度，晶片將能夠以更少的能耗完成更多運算，進而提高能源使用的效率。AI浪潮下，算力是不需質疑的需求，高效能晶片反而成為節能手段。ASML執行長Christophe Fouquet接受採訪時指出：「如果我們不隨時間提升 AI 晶片的效能，（AI）模型訓練可能會在 2035 年左右，耗盡全球所有能源。」
目前正在挑戰1.4奈米製程的台積電，仍未宣布何時採用High NA極紫外光光刻機，背後主要是成本考量。但全世界最先進的晶片製造，早已開始衝擊台灣的供電和用水。
「穩定供電」的挑戰
「（政府）覺得半導體產業的擴張是一個預設，沒有討論空間。」
早在2020年，台灣政府便喊出要讓台灣成為「半導體先進製程中心」，一方面推動材料和設備在地化，完善半導體生態系；一方面在能源、土地和人才培育上，盡可能滿足產業需求，爭取在2030年達到總產值5萬億新台幣。該目標已於2024年、提前六年達標。2025年台灣半導體產值預估達6.5萬億。
席捲全球的AI浪潮令半導體產業飛速增長。今年5月，台灣總統賴清德出席工研院舉辦的全球半導體論壇，宣告台灣要成為「人工智慧時代科技發展的支點」。許多分析已指出，以AI晶片為主要業務的Nvidia，今年有望超越蘋果，成為台積電晶圓代工的最大客戶。
考慮到 AI 浪潮帶來的經濟效益，加上地緣政治背景下掌握先進晶片製造的戰略重要性，台灣政府近年來對半導體產業的能源需求，幾乎採取有求必應、全力滿足的態度。
2024年8月，台電於國家氣候變遷對策委員會發表報告，提及半導體產業和AI發展，將在2030年前為台灣帶來至少509萬瓩的新增用電量，並承諾「穩定供電是台電的責任，台電全力以赴」。
台灣氣候行動網絡研究中心總監趙家緯告訴端傳媒：「我們發現，和政府談到半導體產業用電議題的時候，政府幾乎處於一種不可置疑的狀態。他們覺得半導體產業的擴張是一個預設，沒有討論空間。不像談石化業和鋼鐵業時，政府的邏輯是說不會讓這些產業擴張，只是要他們談減產，比較難說得出口。但半導體產業不一樣，很難去質疑成長趨勢是不是不應該那麼誇張。」
不只中央，地方政府也是如此。2024年3月，台積電在高雄楠梓園區已有P1、P2兩座晶圓廠正在建設，原訂為28奈米製程的P3廠，擬變更為2奈米，故需召開「環境影響差異」會議。高雄市政府經濟發展局製作的會議簡報提及：「進駐廠商（即台積電）因應半導體產業發展趨勢及全球製程布局考量，優先將先進製程留在台灣，故園區變更為先進製程」。變更為2奈米製程，將使P3廠瞬間最大用電量增加8.6%，用水量增加30%。
地球公民基金會估計，待全數完工後，台積電在楠梓園區的三座晶圓廠用電量將達到每年55億度，佔2023年高雄市總用電量的18%。高雄市政府回應，2022年高雄市總發電量扣除總用電量，仍有200億度的餘裕。
2024年6月，台積電楠梓P3廠環評通過。會議上，高雄市政府的多位局長強調，無論是供電或再生水需求，政府都會保證供給無虞。在未來，台積電還預計在楠梓廠區加蓋P4、P5兩座晶圓廠。
政府和台電之所以全力滿足台積電和半導體產業的用電需求，背後也有成本考量。趙家緯指出：「目前來說，台電是比較敢漲台積電的電價的。過去三年，因為俄羅斯入侵烏克蘭的關係，台灣的發電成本增加很多，但大部分由台電吸收，反映到電費漲幅的部分，工業部門吸收的比較多。」2022年以前，台灣的工業用電電價，和住宅用電相去不遠；近年來工業電價多次調漲，已高於住宅電價。
「這對台電來說很重要，它會認為反正台積電賺很多，本來就有能力去承擔這個電價。」趙家緯總結。
然而，即便台電全力配合，台灣半導體產業仍面對許多用電挑戰。科技民主與社會研究中心（DSET） 與環境權利保障基金會（ERF）今年2月發布《氣候變遷與基礎設施韌性：臺灣半導體產業水資源與電力使用分析報告》（以下簡稱「報告」），指出主要挑戰為先進製程的用電需求、全球暖化導致的廠務用電增加，以及跨區電力調度的穩定性問題。
短期來說，台積電有多個晶圓廠將開始量產2奈米製程（新竹科學園區寶山二期、台中科學園區二期、南部科學園區楠梓廠區）。儘管白天因太陽能發電挹注，供電充足，但新廠區可能為夜間最大供電能力帶來挑戰。報告估計，在2025年至2027年間，雖然供電總量無虞，但可能出現夜尖峰備轉容量率（指備用發電容量佔尖峰用電量的比例）低於6%的狀況，達到台電所定義的「供電警戒」。
報告還指出，當前的電力規劃遺漏了氣候變遷的影響。由於晶圓廠需保持恆溫，一旦全球暖化造成晶圓廠所在地的平均氣溫上升，包含空調、冷卻系統、換氣系統在內的廠務用電會隨之提升。而在供電端，水溫升高意味著火力發電所需的冷卻淡水的供給減少，將影響火力電廠的電力供給。氣候變遷導致的長期能源風險不容忽視。
最後是跨區電力調度帶來的挑戰。以2023年為例，台灣北部用電量為931億度，發電量卻只有750億度，近200度的電力缺口，仰賴中南部支援。南電北調的過程中，既產生電力耗損，也為超高壓變電所帶來負擔。報告指出，儘管台電曾訂定超高壓變電所利用率需低於50%的標準，但北部區域和科學園區的超高壓變電所都高於這個標準，有些利用率甚至達70%，顯示台電在跨區供電方面已處於緊張狀態。
政治化的綠電議題
穩定供電之外，綠電是更大的挑戰。
2023年9月，台積電宣布，原訂2050年實現「全球營運100%使用再生能源」的目標，將提前至2040年完成。同時，原本2030年設定的再生能源比例，也由40%提高至60%。
台積電現為全球第九大公司，在能源轉型方面，受到來自國際社會的壓力。台積電ESG委員會主席何麗梅曾表示，台積電每年約投入1-2%營收在節能減碳，金額看似不少，但等到未來國際社會開始廣泛徵收碳稅，每年要付的碳稅可能高達5%營收，可見對台積電來說，能源轉型不僅必要，更是當務之急。
另一個壓力來自蘋果公司。2024年，蘋果為台積電貢獻6243億新台幣（204億美元）或22%的營收，為該年最大客戶。蘋果已經訂定於2030年實現供應鏈碳中和的目標，要求包括台積電在內的主要合作夥伴，承諾100%使用再生能源。
2024年台積電的綠能比率只有14%，而2020年這個數字是7%。若維持過去五年的成長幅度，那到2030年，綠能比率將達到30%左右，和目標60%差了整整一倍。換句話說，未來五年台積電綠能比率的成長幅度必須加倍，才能在2030年達到承諾的目標。
截至目前，台積電尚未公布未來五年如何將再生能源使用比例自14%提升至60%的具體規劃。不過，多個環保團體在檢視高雄楠梓廠區擴建說明書後發現，台積電似乎設定在2029年至2030年之間，該廠區的綠電比率將大幅提升35%，即增加近20億度的綠電，以達成2030年的60%目標。環保團體建議台積電制定逐年提升的用電規劃，並優先採購在地綠電，以確保減碳承諾落實。
放眼全台，近年政府雖大力發展綠電，進展仍差強人意。2024年，台灣再生能源發電量為339億度，佔總發電量近12%；2025年上半年，再生能源佔總發電量13%。雖然確實有所提升，這個數字和經濟部去年規劃的15%目標，仍有一段差距。
事實上，2025年15%的目標，已是修正後的結果。2016年時，台灣政府曾訂定2025年20%的目標，但在2022年下調，等同提前跳票。經濟部指出，當初規劃時預設台灣經濟成長率保持2015、2016年的1-2%，不料近年經濟高速成長（2021年台灣GDP增長率達6.5%、2024年達4.3%），製造業用電需求大幅攀升，導致綠能佔比未達目標。
當前台灣政府的能源規劃為2030年「綠電占比三成，燃煤占比二成，燃氣占比五成」，結合經濟部對2030年總用電量3343億度的預測，得出2030年台灣綠電供給目標需達1000億度，和2024年的339億度相比，還需增加640億度，增幅需達近200%。
台灣再生能源發電以太陽能和風力發電為主力，合計佔比超過七成，其中太陽能供電量又多於風力，但比例每年略有波動。透過經濟部能源署的能源統計數據庫查詢，比較2021年至2025年同期數據，發現雖然風力發電穩定成長，太陽能卻於2025年上半年首次出現同比減少，從70.1億度降為68.9億度。
綠色和平氣候與能源專案主任張皪心告訴端傳媒，早期台灣政府推動太陽能時，為了盡快達標，選擇興建大規模地面案場；但隨著土地取得日益困難，加上地方政府態度轉趨消極，太陽能發電的成長速度逐漸趨緩。張皪心指出，今後應將更多精力投注於屋頂型太陽能板的設置。
在台灣，綠電是一個高度政治化的議題，批評者眼中綠電政策的「失敗」，常被用作支持核能的「證據」，不論當前台灣是否具備重新發展核能的條件。今年5月，在野的民眾黨發起「核三廠繼續運轉」的公投提案，批評執政黨的能源政策導致「光電（註：即太陽能）弊案層出不窮、台電購電成本高買低賣致連年虧損」。公投辯論會上，民眾黨主席黃國昌更提及7月丹娜絲颱風衝擊中南部，造成逾13萬片、約2000公噸太陽能電板損毀，使台灣淪為大型廢棄物的垃圾場，嚴重傷害環境。
對於丹娜絲風災，經濟部能源署此前已做出回應，澄清損毀的太陽能電板不會散佈有毒物質，呼籲媒體和大眾勿散佈謠言，並表示本次損毀的電板僅佔全國總量的0.4%，整體再生能源發電仍舊穩健。
趙家緯認為，當綠電受到污名化攻擊，台積電作為最大的綠電需求者，應出面發聲，而非讓政府和綠電業者承受。他指出：「台積電明明知道它未來綠電需求那麼多，但目前還是抱持一種消費者在買菜的心態。台積電應該要成為台灣再生能源發展的建構者，意思是當政策討論、爭議發生時，台積電要表達看法，去幫忙推動綠電。」
張皪心也談到：「『政府能不能滿足台積電的綠電需求』這個問題本身，就設定了企業的用電需求是需要被滿足的，但我們（綠色和平）認為，企業不應該只是被滿足的一方，而是要承擔更多責任、推動能源轉型的角色。」
2023年6月台積電股東會上，時任董事長劉德音曾表示：「台灣的政府認為我們電是夠的，那我們只能相信他了 」這句話引發政壇爭議，執政黨表示將虛心檢討，不再讓台積電有這樣的「疑慮」；國民黨和民眾黨則藉此批評民進黨的「非核家園」政策，認為台灣需重新考慮核電作為乾淨能源選項。然而，在台積電參與的氣候倡議組織RE100的定義中，核能不是再生能源。
撇除核能爭議，台灣綠電發展不夠快仍是事實。同一場股東會上，劉德音也談到：「台灣綠電發展得不夠快，遠比歐洲美國慢。台積電就卡在中間，買太多（綠電），其他企業就買不到；買太少，就沒辦法達到ESG目標。」今年股東會，現任董事長魏哲家則表示，台積電全力支持再生能源和綠電，能買的綠電就一定買。
台積電走向世界，能解決能源問題嗎？
2024年，台積電一共購買了14.5億度的台灣綠電、21.6億度的海外綠電，海外綠電佔約六成。海外綠電多於台灣綠電的情況，也反映在綠能比率的差異。儘管全公司綠能比率僅14%，海外子公司卻達到100%，海外部分包含台積電在中國大陸的兩個廠區（上海、南京），在美國的兩個廠區（華盛頓州、亞利桑那州），以及日本熊本廠。
在海外，台積電主要以購買綠電憑證（renewable energy credits，簡稱RECs）的方式，來達成100%再生能源使用率。綠電憑證由再生能源發電單位發行，企業購買這些憑證，即可主張相同數量的用電已由綠能生產，即使實際消耗的電力可能是電網中的混合電。
Stand.earth 指出，儘管用電需求巨大，且亞利桑那州非常適合發展再生能源，但台積電至今未採取更積極的行動，如和綠電供應商簽訂長期、大型購電協議（PPA），來匹配其用電需求。雖然台積電已在廠區停車場設置太陽能發電系統，但其裝置容量僅14.75兆瓦，約等於亞利桑那州首兩座晶圓廠用電需求的1.3%。
張皪心向端傳媒解釋，在評估企業綠電使用比例時，也會檢視其取得方式的影響力。所謂「高影響力」手段，指的是能實質增加電網綠電總量的做法，例如自行發電或簽訂大型購電協議；相對地，「低影響力」方式包含單純購買綠電憑證。
「台積電的海外用電有非常高的比例，仍依賴當地電網提供化石燃料電力（亞利桑那州的電網再生能源佔比約為16%），只是靠憑證來美化數字，對於實質減碳效果有限。」張皪心說道：「而且國際上通用的 GHG Protocal（溫室氣體盤查議定書），也正在制定更嚴格的計算方式。在未來，目前買憑證的作法可能不會符合綠電使用的規定。」
然而，無論是美國的電力或綠電供給，前景都不樂觀。由於數據中心和製造業帶動用電需求，亞利桑那州最大的能源供應商 Arizona Public Service 警告，除非進行大規模升級，否則當地電網在2030年前將達到輸電容量上限。分析也指出，今年7月美國國會通過的《大而美法案》，將衝擊包含風力、太陽能在內的綠能投資。
《大而美法案》規定，若再生能源供應商與「受關注的外國實體」（中國、伊朗、北韓、俄羅斯）有關，就無法申請稅收抵免。由於中國在太陽能設備供應鏈中佔據主導地位，日後將只有少數美國廠商能獲得再生能源相關的激勵措施。
截至2025年2月，中國太陽能與風力總裝置容量達1408百萬千瓦，為美國273百萬千瓦的五倍。2023年，中國太陽能板與模組的總出口額為400億美元，美國僅6900萬美元。雖然特朗普政府的目標是遏制美國對中國再生能源產業的依賴，但不少評論認為，這項法案將讓本已落後的美國失去更多競爭力。
在未來，台積電有可能面臨是否過度依賴海外綠電，甚至中國綠電的爭議。趙家緯指出，當前台積電外購綠電的總量較少，還看不出明顯差異；但若到了2030年，台積電一年的綠電需求可能達240億度，如果其中200億度全都是到海外買，那就會「很難看」。
台積電並未揭露其2024年21.6億度海外綠電的具體來源。但從2018年開始，蘋果已投資中國綠電超過4億美元，以支持其2030年供應鏈碳中和計劃。作為蘋果最重要的合作夥伴之一，台積電有可能參與相關計劃，從中國取得綠電。
「這就會出現一個很荒謬的情形：我們說要把台積電留在台灣，作為所謂的『矽盾』，但因為今天台灣的綠電不夠，要用中國的再生能源來支援矽盾，我們反而讓中國的綠電發展越來越好，他們的能源越來越安全。」趙家緯說道：「台灣政府在辯護為什麼一定要發展綠電時，會講企業有需求，但沒有去談如果沒辦法滿足需求，後面的連鎖反應可能是什麼，會不會出現這樣一個依賴中國綠電的非常矛盾的狀態。」
評論區 0