Défis et opportunités dans la planification et la construction d'usines de semi-conducteurs
Défis et opportunités dans la planification et la construction d'usines de semi-conducteurs
Herbert Blaschitz, vice-président exécutif et directeur de la technologie chez Exyte, évoque les défis que représente la construction d'usines de fabrication de semi-conducteurs (communément appelées "fabs") aux États-Unis par rapport à Taïwan. Il souligne que la construction de telles installations aux États-Unis peut être deux fois plus coûteuse et prendre deux fois plus de temps en raison de facteurs tels que des processus réglementaires complexes et une main-d'œuvre moins expérimentée. Pour relever ces défis, M. Blaschitz suggère d'adopter la "mise en service virtuelle", qui consiste à créer un modèle numérique de l'usine avant le début de la construction physique. Cette approche permet d'identifier rapidement les problèmes potentiels et d'ajouter de nouvelles technologies, réduisant ainsi les coûts et l'impact sur l'environnement tout en améliorant l'efficacité.
Les experts estiment que les grandes entreprises, telles que Meta, Alphabet, Microsoft et Amazon, ont l'intention de dépenser jusqu'à 320 milliards de dollars en dépenses d'investissement combinées en 2025. Cela représente environ 40 % de plus qu'en 2024. Ces dépenses continuent d'être motivées par l'intelligence artificielle (IA) et la construction de centres de données pour répondre à la demande croissante des consommateurs. Tout cela nécessite plus de puces à semi-conducteurs et donc plus d'usines pour les fabriquer. L'association de l'industrie des semi-conducteurs SEMI dénombre 105 nouvelles fabs qui seront mises en service jusqu'en 2028 dans le monde, dont 15 aux États-Unis, 10 en Europe et au Moyen-Orient, et 80 en Asie. En 2025, 18 nouveaux projets de construction d'usines devraient voir le jour.
Taïwan : Une référence en matière de rapidité et de rentabilité
En termes de coûts, la construction de fabs en Occident est au moins 50 % plus chère qu'en Asie pour des fabs de taille similaire et technologiquement comparables. Blaschitz précise que ces coûts plus élevés sont principalement liés à la construction, notamment aux matériaux, à la main-d'œuvre (en particulier les métiers spécialisés et l'ingénierie), à la préparation du site et à l'infrastructure des services publics, ainsi qu'aux exigences en matière d'autorisation et de réglementation. Toutefois, étant donné que plus de 80 % des dépenses totales d'investissement d'une usine sont consacrées à l'équipement, qui reste relativement similaire d'une région à l'autre si l'on exclut des facteurs tels que la fiscalité, les subventions ou les aides, la différence entre les coûts de construction fait que l'investissement global dans une usine est d'environ 20 % plus élevé en Occident qu'en Asie.
Taïwan continue d'établir des références dans l'industrie en matière de rapidité et de rentabilité. En moyenne, il ne faut que 19 mois pour construire une usine, depuis l'obtention du permis et la conception jusqu'à la livraison. En outre, Taïwan est à la pointe de la décarbonisation des fabriques, ce qui témoigne d'un engagement fort en faveur des mesures de développement durable dans les installations.
Mise en service virtuelle : Réduire simultanément les coûts d'exploitation et l'empreinte carbone
Pour rester compétitifs, les fabricants de puces recherchent des initiatives de développement durable qui présentent également des avantages en termes de coûts et de délais. M. Blaschitz présente la mise en service virtuelle d'Exyte, l'une des dernières innovations mises au point par l'entreprise pour apporter une valeur ajoutée au client. S'appuyant sur une modélisation dynamique de l'énergie et de la programmation, la mise en service virtuelle permet de calculer de manière prédictive et très précise la consommation d'énergie et d'eau d'une usine, ainsi que les émissions de carbone correspondantes. "Comme cette analyse est réalisée pendant la phase de conception de l'usine, elle améliore la prévisibilité et permet aux propriétaires d'usines de prendre des mesures proactives, améliorant ainsi la prise de décision bien avant le début de la construction", explique M. Blaschitz. En outre, la simulation de différents scénarios de programmation permet une planification et un suivi efficaces.
En Allemagne, le commissionnement virtuel a été utilisé avec succès pour optimiser la conception et la planification d'une méga-usine, ce qui a permis de réaliser d'importantes économies d'énergie. Ces économies se traduiront par une réduction annuelle de dizaines de milliers de tonnes d'émissions de carbone et par des millions de dollars d'économies sur les coûts d'exploitation, notamment grâce à la réduction des taxes sur les émissions de carbone. En outre, cette solution d'ingénierie numérisée est rentable, avec un retour sur investissement de moins de six mois, en fonction de la taille de l'usine, souligne M. Blaschitz.
Défis en matière de main-d'œuvre : La disponibilité et la pénurie de talents restent des problèmes majeurs
La vitesse à laquelle de nouvelles usines doivent être construites pour répondre à la demande de semi-conducteurs dans un délai aussi court est sans précédent. En outre, l'afflux rapide de nouveaux investissements dans les usines à l'Ouest ne fait qu'exacerber les contraintes de main-d'œuvre, non seulement pour l'exploitation de ces installations, mais aussi pour leur construction. Selon SEMI, plus de 60 000 emplois dans le domaine de la conception et de la fabrication de puces devraient rester vacants jusqu'en 2030 rien qu'aux États-Unis. En outre, un nombre similaire de travailleurs de la construction d'usines sera nécessaire jusqu'à la fin de la décennie.
"Les propriétaires d'usines doivent donner la priorité à une planification précoce et décider de construire avant la demande, avant tout le monde, afin d'éviter d'être en concurrence sur un marché du travail déjà tendu", conseille M. Blaschitz. L'automatisation accrue et l'utilisation d'équipements robotisés contribueront également à atténuer les contraintes de main-d'œuvre.
Si l'amélioration des politiques gouvernementales peut certainement profiter à l'industrie, M. Blaschitz insiste sur la nécessité d'une innovation continue, d'une collaboration accrue et d'une plus grande capacité d'adaptation. L'objectif à long terme reste clair : réduire les coûts, augmenter la productivité et accélérer les délais de construction.
Taïwan : Une référence en matière de rapidité et de rentabilité
En termes de coûts, la construction de fabs en Occident est au moins 50 % plus chère qu'en Asie pour des fabs de taille similaire et technologiquement comparables. Blaschitz précise que ces coûts plus élevés sont principalement liés à la construction, notamment aux matériaux, à la main-d'œuvre (en particulier les métiers spécialisés et l'ingénierie), à la préparation du site et à l'infrastructure des services publics, ainsi qu'aux exigences en matière d'autorisation et de réglementation. Toutefois, étant donné que plus de 80 % des dépenses totales d'investissement d'une usine sont consacrées à l'équipement, qui reste relativement similaire d'une région à l'autre si l'on exclut des facteurs tels que la fiscalité, les subventions ou les aides, la différence entre les coûts de construction fait que l'investissement global dans une usine est d'environ 20 % plus élevé en Occident qu'en Asie.
Taïwan continue d'établir des références dans l'industrie en matière de rapidité et de rentabilité. En moyenne, il ne faut que 19 mois pour construire une usine, depuis l'obtention du permis et la conception jusqu'à la livraison. En outre, Taïwan est à la pointe de la décarbonisation des fabriques, ce qui témoigne d'un engagement fort en faveur des mesures de développement durable dans les installations.
Mise en service virtuelle : Réduire simultanément les coûts d'exploitation et l'empreinte carbone
Pour rester compétitifs, les fabricants de puces recherchent des initiatives de développement durable qui présentent également des avantages en termes de coûts et de délais. M. Blaschitz présente la mise en service virtuelle d'Exyte, l'une des dernières innovations mises au point par l'entreprise pour apporter une valeur ajoutée au client. S'appuyant sur une modélisation dynamique de l'énergie et de la programmation, la mise en service virtuelle permet de calculer de manière prédictive et très précise la consommation d'énergie et d'eau d'une usine, ainsi que les émissions de carbone correspondantes. "Comme cette analyse est réalisée pendant la phase de conception de l'usine, elle améliore la prévisibilité et permet aux propriétaires d'usines de prendre des mesures proactives, améliorant ainsi la prise de décision bien avant le début de la construction", explique M. Blaschitz. En outre, la simulation de différents scénarios de programmation permet une planification et un suivi efficaces.
En Allemagne, le commissionnement virtuel a été utilisé avec succès pour optimiser la conception et la planification d'une méga-usine, ce qui a permis de réaliser d'importantes économies d'énergie. Ces économies se traduiront par une réduction annuelle de dizaines de milliers de tonnes d'émissions de carbone et par des millions de dollars d'économies sur les coûts d'exploitation, notamment grâce à la réduction des taxes sur les émissions de carbone. En outre, cette solution d'ingénierie numérisée est rentable, avec un retour sur investissement de moins de six mois, en fonction de la taille de l'usine, souligne M. Blaschitz.
Défis en matière de main-d'œuvre : La disponibilité et la pénurie de talents restent des problèmes majeurs
La vitesse à laquelle de nouvelles usines doivent être construites pour répondre à la demande de semi-conducteurs dans un délai aussi court est sans précédent. En outre, l'afflux rapide de nouveaux investissements dans les usines à l'Ouest ne fait qu'exacerber les contraintes de main-d'œuvre, non seulement pour l'exploitation de ces installations, mais aussi pour leur construction. Selon SEMI, plus de 60 000 emplois dans le domaine de la conception et de la fabrication de puces devraient rester vacants jusqu'en 2030 rien qu'aux États-Unis. En outre, un nombre similaire de travailleurs de la construction d'usines sera nécessaire jusqu'à la fin de la décennie.
"Les propriétaires d'usines doivent donner la priorité à une planification précoce et décider de construire avant la demande, avant tout le monde, afin d'éviter d'être en concurrence sur un marché du travail déjà tendu", conseille M. Blaschitz. L'automatisation accrue et l'utilisation d'équipements robotisés contribueront également à atténuer les contraintes de main-d'œuvre.
Si l'amélioration des politiques gouvernementales peut certainement profiter à l'industrie, M. Blaschitz insiste sur la nécessité d'une innovation continue, d'une collaboration accrue et d'une plus grande capacité d'adaptation. L'objectif à long terme reste clair : réduire les coûts, augmenter la productivité et accélérer les délais de construction.
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