Výzvy a příležitosti při plánování a výstavbě polovodičových továren
Výzvy a příležitosti při plánování a výstavbě polovodičových továren
Herbert Blaschitz, výkonný viceprezident a technologický ředitel společnosti Exyte, hovoří o problémech při výstavbě závodů na výrobu polovodičů (běžně označovaných jako "fabs") v USA ve srovnání s Tchaj-wanem. Zdůrazňuje, že výstavba takových zařízení v USA může být dvakrát dražší a trvat dvakrát déle kvůli faktorům, jako jsou složité regulační procesy a méně zkušená pracovní síla. Pro řešení těchto problémů navrhuje Blaschitz přijmout "virtuální uvedení do provozu", které zahrnuje vytvoření digitálního modelu závodu před zahájením fyzické výstavby. Tento přístup umožňuje včas identifikovat potenciální problémy a přidat nové technologie, čímž se sníží náklady a dopad na životní prostředí a zároveň se zvýší efektivita.
Odborníci odhadují, že hyperskalátoři, jako jsou Meta, Alphabet, Microsoft a Amazon, hodlají v roce 2025 vynaložit až 320 miliard dolarů na kapitálové výdaje (CapEx). To se ukazuje jako přibližně o 40 % více než v roce 2024. Tyto výdaje jsou i nadále hnány umělou inteligencí (AI) a budováním datových center, která mají udržet krok s rostoucí poptávkou spotřebitelů. To vše vyžaduje více polovodičových čipů, a tedy i více továren na jejich výrobu. Asociace polovodičového průmyslu SEMI počítá s tím, že do roku 2028 bude celosvětově uvedeno do provozu 105 nových továren, z toho 15 ve Spojených státech amerických, 10 v Evropě a na Blízkém východě a 80 v Asii. V roce 2025 se očekává zahájení výstavby celkem 18 nových továren.
Tchaj-wan: Tchaj-wan: měřítko rychlosti a nákladové efektivity
Z hlediska nákladů je výstavba fabů na Západě nejméně o 50 % dražší než v Asii u podobně velkých a technologicky srovnatelných fabů. Vyšší náklady vyplývají především z nákladů na výstavbu zahrnujících materiál, pracovní sílu (zejména kvalifikované řemeslníky a inženýry), přípravu staveniště a infrastrukturu inženýrských sítí a z povolovacích a regulačních požadavků, upřesňuje Blaschitz. Protože však více než 80 % celkových kapitálových výdajů továrny připadá na vybavení, které zůstává v různých regionech relativně podobné, pokud se vyloučí faktory, jako jsou daně, dotace nebo granty, rozdíl ve stavebních nákladech vede k tomu, že celková investice do továrny je na Západě přibližně o 20 % vyšší než v Asii.
Tchaj-wan i nadále určuje průmyslové měřítko rychlosti a nákladové efektivity. V průměru trvá výstavba továrny od povolení a návrhu po předání pouhých 19 měsíců. Kromě toho je Tchaj-wan lídrem v oblasti dekarbonizace továren, čímž prokazuje silný závazek k opatřením udržitelnosti ve svých zařízeních.
Virtuální uvedení do provozu: Snížení provozních nákladů a zároveň snížení uhlíkové stopy
Aby si výrobci čipů udrželi konkurenceschopnost, usilují o iniciativy v oblasti udržitelnosti, které zároveň přinášejí výhody v oblasti nákladů a časového harmonogramu. Společnost Blaschitz představuje virtuální uvedení do provozu Exyte, jednu z posledních inovací vyvinutých společností jako příležitost přinést klientovi přidanou hodnotu. Virtuální uvedení do provozu, řízené dynamickým modelováním spotřeby energie a harmonogramu, umožňuje prediktivní a velmi přesné výpočty spotřeby energie a vody ve výrobním závodě spolu s odpovídajícími emisemi uhlíku. "Vzhledem k tomu, že tato analýza se provádí ve fázi návrhu továrny, zvyšuje předvídatelnost a umožňuje majitelům továren přijímat proaktivní opatření, čímž se zlepšuje rozhodování dlouho před zahájením výstavby," říká Blaschitz. Simulace různých scénářů plánování navíc umožňuje efektivní plánování a monitorování.
V Německu bylo virtuální uvedení do provozu úspěšně použito k optimalizaci návrhu a plánování megatovárny, což vedlo k významným úsporám energie. Tyto úspory se projeví v ročním snížení emisí uhlíku o desítky tisíc tun a v úspoře provozních nákladů ve výši milionů dolarů, včetně nižších daní z emisí uhlíku. Navíc je toto digitalizované inženýrské řešení továrny nákladově efektivní s návratností investice kratší než šest měsíců, v závislosti na rozsahu továrny, zdůrazňuje Blaschitz.
Pracovní výzvy: Dostupnost a nedostatek talentů zůstávají klíčovými problémy
Rychlost, s jakou je třeba stavět nové továrny, aby byla uspokojena poptávka po polovodičích v tak krátkém časovém horizontu, je bezprecedentní. Rychlý příliv investic do nových továren na Západě navíc dále prohlubuje nedostatek pracovních sil, a to nejen pro provoz těchto zařízení, ale i pro jejich výstavbu. Podle SEMI se očekává, že jen v USA zůstane do roku 2030 více než 60 000 pracovních míst pro návrh a výrobu čipů neobsazených. Kromě toho bude do konce desetiletí zapotřebí podobný počet pracovníků pro výstavbu továren.
"Majitelé továren musí dát přednost včasnému plánování a rozhodnout se stavět s předstihem před poptávkou, dříve než všichni ostatní, aby se vyhnuli konkurenci na již tak napjatém trhu práce," radí Blaschitz. Ke zmírnění nedostatku pracovních sil přispěje také zvýšená automatizace a používání robotických zařízení.
I když zlepšení vládních politik může být pro odvětví jistě přínosem, Blaschitz zdůrazňuje potřebu neustálých inovací, větší spolupráce a větší přizpůsobivosti. Dlouhodobý cíl zůstává jasný: snížit náklady, zvýšit produktivitu a zrychlit termíny výstavby pohádek.
Tchaj-wan: Tchaj-wan: měřítko rychlosti a nákladové efektivity
Z hlediska nákladů je výstavba fabů na Západě nejméně o 50 % dražší než v Asii u podobně velkých a technologicky srovnatelných fabů. Vyšší náklady vyplývají především z nákladů na výstavbu zahrnujících materiál, pracovní sílu (zejména kvalifikované řemeslníky a inženýry), přípravu staveniště a infrastrukturu inženýrských sítí a z povolovacích a regulačních požadavků, upřesňuje Blaschitz. Protože však více než 80 % celkových kapitálových výdajů továrny připadá na vybavení, které zůstává v různých regionech relativně podobné, pokud se vyloučí faktory, jako jsou daně, dotace nebo granty, rozdíl ve stavebních nákladech vede k tomu, že celková investice do továrny je na Západě přibližně o 20 % vyšší než v Asii.
Tchaj-wan i nadále určuje průmyslové měřítko rychlosti a nákladové efektivity. V průměru trvá výstavba továrny od povolení a návrhu po předání pouhých 19 měsíců. Kromě toho je Tchaj-wan lídrem v oblasti dekarbonizace továren, čímž prokazuje silný závazek k opatřením udržitelnosti ve svých zařízeních.
Virtuální uvedení do provozu: Snížení provozních nákladů a zároveň snížení uhlíkové stopy
Aby si výrobci čipů udrželi konkurenceschopnost, usilují o iniciativy v oblasti udržitelnosti, které zároveň přinášejí výhody v oblasti nákladů a časového harmonogramu. Společnost Blaschitz představuje virtuální uvedení do provozu Exyte, jednu z posledních inovací vyvinutých společností jako příležitost přinést klientovi přidanou hodnotu. Virtuální uvedení do provozu, řízené dynamickým modelováním spotřeby energie a harmonogramu, umožňuje prediktivní a velmi přesné výpočty spotřeby energie a vody ve výrobním závodě spolu s odpovídajícími emisemi uhlíku. "Vzhledem k tomu, že tato analýza se provádí ve fázi návrhu továrny, zvyšuje předvídatelnost a umožňuje majitelům továren přijímat proaktivní opatření, čímž se zlepšuje rozhodování dlouho před zahájením výstavby," říká Blaschitz. Simulace různých scénářů plánování navíc umožňuje efektivní plánování a monitorování.
V Německu bylo virtuální uvedení do provozu úspěšně použito k optimalizaci návrhu a plánování megatovárny, což vedlo k významným úsporám energie. Tyto úspory se projeví v ročním snížení emisí uhlíku o desítky tisíc tun a v úspoře provozních nákladů ve výši milionů dolarů, včetně nižších daní z emisí uhlíku. Navíc je toto digitalizované inženýrské řešení továrny nákladově efektivní s návratností investice kratší než šest měsíců, v závislosti na rozsahu továrny, zdůrazňuje Blaschitz.
Pracovní výzvy: Dostupnost a nedostatek talentů zůstávají klíčovými problémy
Rychlost, s jakou je třeba stavět nové továrny, aby byla uspokojena poptávka po polovodičích v tak krátkém časovém horizontu, je bezprecedentní. Rychlý příliv investic do nových továren na Západě navíc dále prohlubuje nedostatek pracovních sil, a to nejen pro provoz těchto zařízení, ale i pro jejich výstavbu. Podle SEMI se očekává, že jen v USA zůstane do roku 2030 více než 60 000 pracovních míst pro návrh a výrobu čipů neobsazených. Kromě toho bude do konce desetiletí zapotřebí podobný počet pracovníků pro výstavbu továren.
"Majitelé továren musí dát přednost včasnému plánování a rozhodnout se stavět s předstihem před poptávkou, dříve než všichni ostatní, aby se vyhnuli konkurenci na již tak napjatém trhu práce," radí Blaschitz. Ke zmírnění nedostatku pracovních sil přispěje také zvýšená automatizace a používání robotických zařízení.
I když zlepšení vládních politik může být pro odvětví jistě přínosem, Blaschitz zdůrazňuje potřebu neustálých inovací, větší spolupráce a větší přizpůsobivosti. Dlouhodobý cíl zůstává jasný: snížit náklady, zvýšit produktivitu a zrychlit termíny výstavby pohádek.
Těšíte se, že s námi budete budovat lepší budoucnost?
Nabízíme širokou škálu zajímavých projektů, na kterých můžete posouvat věci kupředu a zanechat svou stopu.