Udfordringer og muligheder i planlægning og opførelse af halvlederfabrikker
Udfordringer og muligheder i planlægning og opførelse af halvlederfabrikker
Herbert Blaschitz, Executive Vice President og Chief Technology Officer hos Exyte, diskuterer udfordringerne ved at bygge halvlederfabrikker (almindeligvis kaldet "fabs") i USA i forhold til Taiwan. Han fremhæver, at det kan være dobbelt så dyrt og tage dobbelt så lang tid at bygge sådanne faciliteter i USA på grund af faktorer som komplekse lovgivningsmæssige processer og en mindre erfaren arbejdsstyrke. For at løse disse udfordringer foreslår Blaschitz at indføre "virtuel idriftsættelse", som indebærer, at man skaber en digital model af anlægget, før den fysiske konstruktion begynder. Denne tilgang gør det muligt at identificere potentielle problemer tidligt og tilføje nye teknologier, hvilket reducerer omkostningerne og miljøpåvirkningen, samtidig med at effektiviteten forbedres.
Eksperter vurderer, at hyperscalere som Meta, Alphabet, Microsoft og Amazon har til hensigt at bruge så meget som 320 milliarder dollars i samlede kapitaludgifter (CapEx) i 2025. Det viser sig at være omkring 40 procent mere end i 2024. Disse udgifter er fortsat drevet af kunstig intelligens (AI) og udbygning af datacentre for at holde trit med den voksende efterspørgsel fra forbrugerne. Alt dette kræver flere halvlederchips og derfor også flere fabrikker til at fremstille dem. Halvlederindustriens sammenslutning SEMI regner med, at 105 nye fabrikker kommer online frem til 2028 på verdensplan, herunder 15 i USA, 10 i Europa og Mellemøsten og 80 i Asien. I 2025 forventes i alt 18 nye fabriksprojekter at gå i gang.
Taiwan: Et benchmark for hastighed og omkostningseffektivitet
Med hensyn til omkostninger er fabriksbyggeri i Vesten mindst 50 procent dyrere end i Asien for fabrikker af samme størrelse og med sammenlignelig teknologi. De højere omkostninger stammer primært fra byggeri, herunder materialer, arbejdskraft (især faglærte og ingeniører), forberedelse af stedet og forsyningsinfrastruktur samt tilladelser og lovkrav, specificerer Blaschitz. Men da over 80 procent af en fabriks samlede kapitaludgifter går til udstyr, som forbliver relativt ens på tværs af regioner, når man udelukker faktorer som beskatning, subsidier eller tilskud, resulterer forskellen i byggeomkostninger i, at den samlede fabriksinvestering er cirka 20 procent højere i Vesten end i Asien.
Taiwan fortsætter med at sætte branchens standarder for hastighed og omkostningseffektivitet. I gennemsnit tager det kun 19 måneder at bygge en fabrik fra tilladelse og design til overdragelse. Derudover er Taiwan førende inden for dekarbonisering af fabrikker og demonstrerer et stærkt engagement i bæredygtighedstiltag i deres faciliteter.
Virtuel idriftsættelse: Reduktion af driftsomkostninger og CO2-fodaftryk på samme tid
For at forblive konkurrencedygtige søger chipproducenter bæredygtighedsinitiativer, der også giver fordele med hensyn til omkostninger og tidsplan. Blaschitz introducerer Exytes virtuelle idriftsættelse, en af de seneste innovationer, som virksomheden har udviklet som en mulighed for at skabe merværdi for kunden. Drevet af dynamisk energi- og planlægningsmodellering muliggør virtuel idriftsættelse forudsigelige og meget præcise beregninger af en fabriks energi- og vandforbrug sammen med den tilsvarende CO2-udledning. "Da denne analyse udføres i fabrikkens designfase, øger den forudsigeligheden og gør det muligt for fabriksejere at træffe proaktive foranstaltninger og dermed forbedre beslutningstagningen, længe før byggeriet begynder," siger Blaschitz. Desuden giver simulering af forskellige planlægningsscenarier mulighed for effektiv planlægning og overvågning.
I Tyskland blev virtuel idriftsættelse med succes brugt til at optimere design og planlægning af en megafabrik, hvilket resulterede i betydelige energibesparelser. Disse besparelser vil betyde en årlig reduktion på titusindvis af tons i CO2-udledning og millioner af dollars i besparelser på driftsomkostninger, herunder lavere afgifter på CO2-udledning. Desuden er denne digitaliserede løsning til fabriksteknik omkostningseffektiv med et investeringsafkast på mindre end seks måneder, afhængigt af fabrikkens størrelse, påpeger Blaschitz.
Udfordringer med arbejdskraft: Tilgængelighed og talentkløft er fortsat nøgleproblemer
Den hastighed, hvormed nye fabrikker skal bygges for at imødekomme efterspørgslen efter halvledere på så kort tid, er uden fortilfælde. Desuden forværrer den hurtige tilstrømning af nye fabriksinvesteringer i Vesten yderligere manglen på arbejdskraft, ikke kun til at drive disse faciliteter, men også til at bygge dem. Ifølge SEMI forventes det, at mere end 60.000 jobs inden for chipdesign og -fremstilling vil forblive ubesatte indtil 2030 alene i USA. Derudover vil der være brug for et tilsvarende antal fabriksbyggere frem til slutningen af årtiet.
"Fabriksejere er nødt til at prioritere tidlig planlægning og beslutte at bygge forud for efterspørgslen, før alle andre, for at undgå at konkurrere på et allerede stramt arbejdsmarked," råder Blaschitz. Øget automatisering og brug af robotudstyr vil også hjælpe med at afbøde arbejdskraftbegrænsninger.
Selv om forbedringer af regeringens politik helt sikkert kan gavne industrien, understreger Blaschitz behovet for kontinuerlig innovation, øget samarbejde og større tilpasningsevne. Det langsigtede mål er stadig klart: At reducere omkostningerne, øge produktiviteten og fremskynde tidslinjerne for byggeri.
Taiwan: Et benchmark for hastighed og omkostningseffektivitet
Med hensyn til omkostninger er fabriksbyggeri i Vesten mindst 50 procent dyrere end i Asien for fabrikker af samme størrelse og med sammenlignelig teknologi. De højere omkostninger stammer primært fra byggeri, herunder materialer, arbejdskraft (især faglærte og ingeniører), forberedelse af stedet og forsyningsinfrastruktur samt tilladelser og lovkrav, specificerer Blaschitz. Men da over 80 procent af en fabriks samlede kapitaludgifter går til udstyr, som forbliver relativt ens på tværs af regioner, når man udelukker faktorer som beskatning, subsidier eller tilskud, resulterer forskellen i byggeomkostninger i, at den samlede fabriksinvestering er cirka 20 procent højere i Vesten end i Asien.
Taiwan fortsætter med at sætte branchens standarder for hastighed og omkostningseffektivitet. I gennemsnit tager det kun 19 måneder at bygge en fabrik fra tilladelse og design til overdragelse. Derudover er Taiwan førende inden for dekarbonisering af fabrikker og demonstrerer et stærkt engagement i bæredygtighedstiltag i deres faciliteter.
Virtuel idriftsættelse: Reduktion af driftsomkostninger og CO2-fodaftryk på samme tid
For at forblive konkurrencedygtige søger chipproducenter bæredygtighedsinitiativer, der også giver fordele med hensyn til omkostninger og tidsplan. Blaschitz introducerer Exytes virtuelle idriftsættelse, en af de seneste innovationer, som virksomheden har udviklet som en mulighed for at skabe merværdi for kunden. Drevet af dynamisk energi- og planlægningsmodellering muliggør virtuel idriftsættelse forudsigelige og meget præcise beregninger af en fabriks energi- og vandforbrug sammen med den tilsvarende CO2-udledning. "Da denne analyse udføres i fabrikkens designfase, øger den forudsigeligheden og gør det muligt for fabriksejere at træffe proaktive foranstaltninger og dermed forbedre beslutningstagningen, længe før byggeriet begynder," siger Blaschitz. Desuden giver simulering af forskellige planlægningsscenarier mulighed for effektiv planlægning og overvågning.
I Tyskland blev virtuel idriftsættelse med succes brugt til at optimere design og planlægning af en megafabrik, hvilket resulterede i betydelige energibesparelser. Disse besparelser vil betyde en årlig reduktion på titusindvis af tons i CO2-udledning og millioner af dollars i besparelser på driftsomkostninger, herunder lavere afgifter på CO2-udledning. Desuden er denne digitaliserede løsning til fabriksteknik omkostningseffektiv med et investeringsafkast på mindre end seks måneder, afhængigt af fabrikkens størrelse, påpeger Blaschitz.
Udfordringer med arbejdskraft: Tilgængelighed og talentkløft er fortsat nøgleproblemer
Den hastighed, hvormed nye fabrikker skal bygges for at imødekomme efterspørgslen efter halvledere på så kort tid, er uden fortilfælde. Desuden forværrer den hurtige tilstrømning af nye fabriksinvesteringer i Vesten yderligere manglen på arbejdskraft, ikke kun til at drive disse faciliteter, men også til at bygge dem. Ifølge SEMI forventes det, at mere end 60.000 jobs inden for chipdesign og -fremstilling vil forblive ubesatte indtil 2030 alene i USA. Derudover vil der være brug for et tilsvarende antal fabriksbyggere frem til slutningen af årtiet.
"Fabriksejere er nødt til at prioritere tidlig planlægning og beslutte at bygge forud for efterspørgslen, før alle andre, for at undgå at konkurrere på et allerede stramt arbejdsmarked," råder Blaschitz. Øget automatisering og brug af robotudstyr vil også hjælpe med at afbøde arbejdskraftbegrænsninger.
Selv om forbedringer af regeringens politik helt sikkert kan gavne industrien, understreger Blaschitz behovet for kontinuerlig innovation, øget samarbejde og større tilpasningsevne. Det langsigtede mål er stadig klart: At reducere omkostningerne, øge produktiviteten og fremskynde tidslinjerne for byggeri.
Har du lyst til at bygge en bedre fremtid sammen med os?
Vi tilbyder en bred vifte af spændende projekter, hvor du kan skabe fremskridt og sætte dit præg.