Herausforderungen und Chancen bei Planung und Bau von Halbleiterfabriken
Herausforderungen und Chancen bei Planung und Bau von Halbleiterfabriken
Herbert Blaschitz, Executive Vice President und Chief Technology Officer bei Exyte, erörtert die Herausforderungen beim Bau von Halbleiterfabriken (gemeinhin als "Fabs" bezeichnet) in den USA im Vergleich zu Taiwan. Er hebt hervor, dass der Bau solcher Anlagen in den USA aufgrund von Faktoren wie komplexen regulatorischen Prozessen und weniger erfahrenen Arbeitskräften doppelt so teuer sein und doppelt so lange dauern kann. Um diese Herausforderungen zu bewältigen, schlägt Blaschitz eine "virtuelle Inbetriebnahme" vor, bei der ein digitales Modell der Anlage erstellt wird, bevor der Bau beginnt. Auf diese Weise können potenzielle Probleme frühzeitig erkannt und neue Technologien hinzugefügt werden, wodurch Kosten und Umweltauswirkungen reduziert und gleichzeitig die Effizienz verbessert werden.
Experten schätzen, dass Hyperscaler wie Meta, Alphabet, Microsoft und Amazon im Jahr 2025 zusammen bis zu 320 Milliarden Dollar für Investitionen ausgeben wollen. Das sind etwa 40 Prozent mehr als im Jahr 2024. Diese Ausgaben werden weiterhin durch künstliche Intelligenz (KI) und den Ausbau von Rechenzentren getrieben, um mit der wachsenden Verbrauchernachfrage Schritt zu halten. All dies erfordert mehr Halbleiterchips und somit auch mehr Produktionsstätten, um sie herzustellen. Der Halbleiterindustrieverband SEMI rechnet mit 105 neuen Fabriken, die bis 2028 weltweit in Betrieb genommen werden, darunter 15 in den Vereinigten Staaten von Amerika, 10 in Europa und dem Nahen Osten und 80 in Asien. Im Jahr 2025 wird mit dem Bau von insgesamt 18 neuen Fabriken gerechnet.
Taiwan: Ein Maßstab für Geschwindigkeit und Kosteneffizienz
Was die Kosten betrifft, so ist der Bau von Fabriken in der westlichen Welt mindestens 50 Prozent teurer als in Asien für ähnlich große und technologisch vergleichbare Fabriken. Die höheren Kosten ergeben sich in erster Linie aus der Konstruktion, einschließlich Material, Arbeit (insbesondere Handwerk und Technik), Standortvorbereitung und Versorgungsinfrastruktur sowie Genehmigungs- und Regulierungsanforderungen, so Blaschitz. Da jedoch mehr als 80 Prozent der Gesamtinvestitionen einer Fabrik auf die Ausrüstung entfallen, die in den verschiedenen Regionen relativ ähnlich ist, wenn man Faktoren wie Steuern, Subventionen oder Zuschüsse ausklammert, führen die unterschiedlichen Baukosten dazu, dass die Gesamtinvestitionen in Fabriken im Westen etwa 20 Prozent höher sind als in Asien.
Taiwan setzt in der Branche weiterhin Maßstäbe für Schnelligkeit und Kosteneffizienz. Im Durchschnitt dauert es nur 19 Monate, um eine Fabrik von der Genehmigung und dem Design bis zur Übergabe zu bauen. Darüber hinaus ist Taiwan führend bei der Dekarbonisierung von Fabriken und zeigt ein starkes Engagement für Nachhaltigkeitsmaßnahmen in seinen Anlagen.
Virtuelle Inbetriebnahme: Reduzierung der Betriebskosten und des CO2-Fußabdrucks zur gleichen Zeit
Um wettbewerbsfähig zu bleiben, suchen Chiphersteller nach Nachhaltigkeitsinitiativen, die auch Kosten- und Zeitvorteile bieten. Blaschitz stellt die virtuelle Inbetriebnahme von Exyte vor, eine der neuesten Innovationen, die das Unternehmen als Möglichkeit entwickelt hat, dem Kunden einen Mehrwert zu bieten. Angetrieben von dynamischen Energie- und Terminplanungsmodellen ermöglicht die virtuelle Inbetriebnahme vorausschauende und hochpräzise Berechnungen des Energie- und Wasserverbrauchs einer Fabrik sowie der entsprechenden Kohlenstoffemissionen. "Da diese Analyse bereits in der Planungsphase der Fabrik durchgeführt wird, erhöht sie die Vorhersagbarkeit und ermöglicht es den Eigentümern der Fabrik, proaktive Maßnahmen zu ergreifen und so die Entscheidungsfindung lange vor Baubeginn zu verbessern", sagt Blaschitz. Darüber hinaus ermöglicht die Simulation verschiedener Planungsszenarien eine effektive Planung und Überwachung.
In Deutschland wurde die virtuelle Inbetriebnahme erfolgreich zur Optimierung des Designs und der Planung einer Megafabrik eingesetzt, was zu erheblichen Energieeinsparungen führte. Diese Einsparungen führen zu einer jährlichen Verringerung der Kohlenstoffemissionen um Zehntausende von Tonnen und zu Einsparungen bei den Betriebskosten in Millionenhöhe, einschließlich niedrigerer Kohlenstoffemissionssteuern. Darüber hinaus ist diese digitalisierte Fab-Engineering-Lösung kosteneffizient und amortisiert sich je nach Größe der Fab in weniger als sechs Monaten, betont Blaschitz.
Herausforderungen bei den Arbeitskräften: Verfügbarkeit und Talentlücke bleiben Schlüsselthemen
Die Geschwindigkeit, mit der neue Fabriken gebaut werden müssen, um die Nachfrage nach Halbleitern in so kurzer Zeit zu decken, ist beispiellos. Darüber hinaus verschärft der rasche Zustrom von Investitionen in neue Fabriken im Westen den Arbeitskräftemangel, nicht nur für den Betrieb dieser Anlagen, sondern auch für deren Bau. Nach Angaben von SEMI werden allein in den USA bis 2030 voraussichtlich mehr als 60.000 Arbeitsplätze in der Chipentwicklung und -herstellung unbesetzt bleiben. Darüber hinaus wird bis zum Ende des Jahrzehnts eine ähnliche Anzahl von Arbeitskräften für den Bau von Fabriken benötigt werden.
"Die Eigentümer von Fabriken müssen frühzeitig planen und sich entscheiden, vor der Nachfrage zu bauen, bevor alle anderen es tun, um zu vermeiden, dass sie auf einem bereits angespannten Arbeitsmarkt konkurrieren", rät Blaschitz. Eine zunehmende Automatisierung und der Einsatz von Robotern werden ebenfalls dazu beitragen, den Arbeitskräftemangel zu lindern.
Während Verbesserungen in der Regierungspolitik der Branche sicherlich zugute kommen können, betont Blaschitz die Notwendigkeit kontinuierlicher Innovation, verstärkter Zusammenarbeit und größerer Anpassungsfähigkeit. Das langfristige Ziel ist klar: Kosten senken, die Produktivität steigern und die Bauzeiten verkürzen.
Taiwan: Ein Maßstab für Geschwindigkeit und Kosteneffizienz
Was die Kosten betrifft, so ist der Bau von Fabriken in der westlichen Welt mindestens 50 Prozent teurer als in Asien für ähnlich große und technologisch vergleichbare Fabriken. Die höheren Kosten ergeben sich in erster Linie aus der Konstruktion, einschließlich Material, Arbeit (insbesondere Handwerk und Technik), Standortvorbereitung und Versorgungsinfrastruktur sowie Genehmigungs- und Regulierungsanforderungen, so Blaschitz. Da jedoch mehr als 80 Prozent der Gesamtinvestitionen einer Fabrik auf die Ausrüstung entfallen, die in den verschiedenen Regionen relativ ähnlich ist, wenn man Faktoren wie Steuern, Subventionen oder Zuschüsse ausklammert, führen die unterschiedlichen Baukosten dazu, dass die Gesamtinvestitionen in Fabriken im Westen etwa 20 Prozent höher sind als in Asien.
Taiwan setzt in der Branche weiterhin Maßstäbe für Schnelligkeit und Kosteneffizienz. Im Durchschnitt dauert es nur 19 Monate, um eine Fabrik von der Genehmigung und dem Design bis zur Übergabe zu bauen. Darüber hinaus ist Taiwan führend bei der Dekarbonisierung von Fabriken und zeigt ein starkes Engagement für Nachhaltigkeitsmaßnahmen in seinen Anlagen.
Virtuelle Inbetriebnahme: Reduzierung der Betriebskosten und des CO2-Fußabdrucks zur gleichen Zeit
Um wettbewerbsfähig zu bleiben, suchen Chiphersteller nach Nachhaltigkeitsinitiativen, die auch Kosten- und Zeitvorteile bieten. Blaschitz stellt die virtuelle Inbetriebnahme von Exyte vor, eine der neuesten Innovationen, die das Unternehmen als Möglichkeit entwickelt hat, dem Kunden einen Mehrwert zu bieten. Angetrieben von dynamischen Energie- und Terminplanungsmodellen ermöglicht die virtuelle Inbetriebnahme vorausschauende und hochpräzise Berechnungen des Energie- und Wasserverbrauchs einer Fabrik sowie der entsprechenden Kohlenstoffemissionen. "Da diese Analyse bereits in der Planungsphase der Fabrik durchgeführt wird, erhöht sie die Vorhersagbarkeit und ermöglicht es den Eigentümern der Fabrik, proaktive Maßnahmen zu ergreifen und so die Entscheidungsfindung lange vor Baubeginn zu verbessern", sagt Blaschitz. Darüber hinaus ermöglicht die Simulation verschiedener Planungsszenarien eine effektive Planung und Überwachung.
In Deutschland wurde die virtuelle Inbetriebnahme erfolgreich zur Optimierung des Designs und der Planung einer Megafabrik eingesetzt, was zu erheblichen Energieeinsparungen führte. Diese Einsparungen führen zu einer jährlichen Verringerung der Kohlenstoffemissionen um Zehntausende von Tonnen und zu Einsparungen bei den Betriebskosten in Millionenhöhe, einschließlich niedrigerer Kohlenstoffemissionssteuern. Darüber hinaus ist diese digitalisierte Fab-Engineering-Lösung kosteneffizient und amortisiert sich je nach Größe der Fab in weniger als sechs Monaten, betont Blaschitz.
Herausforderungen bei den Arbeitskräften: Verfügbarkeit und Talentlücke bleiben Schlüsselthemen
Die Geschwindigkeit, mit der neue Fabriken gebaut werden müssen, um die Nachfrage nach Halbleitern in so kurzer Zeit zu decken, ist beispiellos. Darüber hinaus verschärft der rasche Zustrom von Investitionen in neue Fabriken im Westen den Arbeitskräftemangel, nicht nur für den Betrieb dieser Anlagen, sondern auch für deren Bau. Nach Angaben von SEMI werden allein in den USA bis 2030 voraussichtlich mehr als 60.000 Arbeitsplätze in der Chipentwicklung und -herstellung unbesetzt bleiben. Darüber hinaus wird bis zum Ende des Jahrzehnts eine ähnliche Anzahl von Arbeitskräften für den Bau von Fabriken benötigt werden.
"Die Eigentümer von Fabriken müssen frühzeitig planen und sich entscheiden, vor der Nachfrage zu bauen, bevor alle anderen es tun, um zu vermeiden, dass sie auf einem bereits angespannten Arbeitsmarkt konkurrieren", rät Blaschitz. Eine zunehmende Automatisierung und der Einsatz von Robotern werden ebenfalls dazu beitragen, den Arbeitskräftemangel zu lindern.
Während Verbesserungen in der Regierungspolitik der Branche sicherlich zugute kommen können, betont Blaschitz die Notwendigkeit kontinuierlicher Innovation, verstärkter Zusammenarbeit und größerer Anpassungsfähigkeit. Das langfristige Ziel ist klar: Kosten senken, die Produktivität steigern und die Bauzeiten verkürzen.
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