التحديات والفرص في تخطيط وإنشاء مصنع أشباه الموصلات

يُقدِّر الخبراء أن الشركات العملاقة، مثل Meta وAlphabet وMicrosoft وAmazon، تعتزم إنفاق ما يصل إلى 320 مليار دولار من النفقات الرأسمالية (CapEx) مجتمعة في عام 2025. ويتضح أن ذلك يزيد بنحو 40% عن عام 2024. ويستمر هذا الإنفاق مدفوعًا بالذكاء الاصطناعي (AI) وإنشاء مراكز البيانات لمواكبة الطلب المتزايد من المستهلكين. كل هذا يتطلب المزيد من رقائق أشباه الموصلات وبالتالي المزيد من المصانع لتصنيعها. تُحصي جمعية صناعة أشباه الموصلات SEMI عدد المصانع الجديدة التي سيتم افتتاحها حتى عام 2028 على مستوى العالم ب 105 مصانع جديدة على مستوى العالم، بما في ذلك 15 مصنعاً في الولايات المتحدة الأمريكية و10 مصانع في أوروبا والشرق الأوسط و80 مصنعاً في آسيا. في عام 2025، من المتوقع أن يبدأ ما مجموعه 18 مشروعًا جديدًا لبناء مصانع التصنيع التلقائي.

تايوان: معيار للسرعة وكفاءة التكلفة

من حيث التكلفة، تزيد تكلفة بناء المصانع المصنّعة في الغرب بنسبة 50% على الأقل عن نظيرتها في آسيا لمصانع مماثلة من حيث الحجم وقابلة للمقارنة من الناحية التكنولوجية. وتنبع التكاليف المرتفعة في المقام الأول من البناء، بما في ذلك المواد والعمالة (خاصةً العمالة الماهرة والهندسة)، وتجهيز الموقع والبنية التحتية للمرافق، والتصاريح والمتطلبات التنظيمية، كما يحدد بلاشيتز. ومع ذلك، نظرًا لأن أكثر من 80 في المائة من إجمالي النفقات الرأسمالية للمصنع يتم تخصيصها للمعدات، والتي تظل متشابهة نسبيًا في جميع المناطق عند استبعاد عوامل مثل الضرائب أو الإعانات أو المنح، فإن الفرق في تكاليف البناء يؤدي إلى أن يكون إجمالي الاستثمار في المصنع أعلى بنسبة 20 في المائة تقريبًا في الغرب مقارنة بآسيا.

تواصل تايوان وضع معايير الصناعة من حيث السرعة وكفاءة التكلفة. ففي المتوسط، لا يستغرق بناء مصنع تايوان الصناعي سوى 19 شهرًا في المتوسط، بدءًا من التصريح والتصميم وحتى التسليم. وبالإضافة إلى ذلك، تتصدر تايوان في مجال إزالة الكربون من المصانع، مما يدل على التزامها القوي بتدابير الاستدامة في منشآتها.

التشغيل الافتراضي: تقليل تكاليف التشغيل والبصمة الكربونية في نفس الوقت

للحفاظ على قدرتها التنافسية، يسعى صانعو الرقائق إلى مبادرات الاستدامة التي توفر أيضاً مزايا من حيث التكلفة والجدول الزمني. تقدم شركة Blaschitz التشغيل الافتراضي من Exyte، وهو أحد أحدث الابتكارات التي طورتها الشركة كفرصة لتحقيق قيمة مضافة للعميل. يتيح التشغيل الافتراضي، الذي يعتمد على النمذجة الديناميكية للطاقة والجدولة الزمنية، إمكانية إجراء حسابات تنبؤية ودقيقة للغاية لاستهلاك الطاقة والمياه في المصنع، إلى جانب انبعاثات الكربون المقابلة. يقول بلاشيتز: "نظرًا لأن هذا التحليل يتم إجراؤه أثناء مرحلة تصميم المصنع، فإنه يعزز القدرة على التنبؤ ويسمح لأصحاب المصانع باتخاذ تدابير استباقية، وبالتالي تحسين عملية اتخاذ القرار قبل بدء البناء بوقت طويل". علاوة على ذلك، تسمح محاكاة سيناريوهات الجدولة المختلفة بالتخطيط والمراقبة الفعالة.

في ألمانيا، تم استخدام التكليف الافتراضي بنجاح لتحسين تصميم وتخطيط مصنع ضخم مما أدى إلى توفير كبير في الطاقة. ستُترجم هذه الوفورات إلى تخفيض سنوي لعشرات الآلاف من الأطنان من انبعاثات الكربون وملايين الدولارات في تكاليف التشغيل بما في ذلك انخفاض ضرائب انبعاثات الكربون. علاوة على ذلك، يشير بلاشيتز إلى أن هذا الحل الهندسي الرقمي للتصنيع التجميعي فعال من حيث التكلفة مع عائد على الاستثمار في أقل من ستة أشهر، اعتمادًا على حجم التصنيع التجميعي.

تحديات العمالة: يظل التوافر وفجوة المواهب من القضايا الرئيسية

إن السرعة التي يتطلبها بناء المصانع الجديدة لتلبية الطلب على أشباه الموصلات في مثل هذا الإطار الزمني القصير لم يسبق له مثيل. وعلاوة على ذلك، فإن التدفق السريع للاستثمارات الجديدة في الغرب يزيد من تفاقم القيود المفروضة على العمالة، ليس فقط لتشغيل هذه المنشآت ولكن أيضاً لتشييدها. فوفقًا لمعهد SEMI، من المتوقع أن تظل أكثر من 60,000 وظيفة في مجال تصميم وتصنيع الرقائق الإلكترونية شاغرة حتى عام 2030 في الولايات المتحدة وحدها. وبالإضافة إلى ذلك، ستكون هناك حاجة إلى عدد مماثل من عمال بناء المصانع حتى نهاية العقد.

وينصح بلاشيتز قائلاً: "يحتاج أصحاب المصانع إلى إعطاء الأولوية للتخطيط المبكر واتخاذ قرار البناء قبل الطلب، قبل أي شخص آخر، لتجنب المنافسة في سوق العمل الضيقة أصلاً". كما ستساعد زيادة الأتمتة واستخدام المعدات الآلية في التخفيف من قيود العمالة.

وفي حين أن التحسينات في السياسات الحكومية يمكن أن تفيد الصناعة بالتأكيد، يؤكد بلاشيتز على الحاجة إلى الابتكار المستمر وزيادة التعاون وزيادة القدرة على التكيف. ويبقى الهدف طويل الأجل واضحًا: خفض التكاليف وزيادة الإنتاجية وتسريع الجداول الزمنية لبناء الشركات الصناعية.