Sfide e opportunità nella pianificazione e nella costruzione di impianti di semiconduttori
Sfide e opportunità nella pianificazione e nella costruzione di impianti di semiconduttori
Herbert Blaschitz, Vicepresidente esecutivo e Chief Technology Officer di Exyte, parla delle sfide legate alla costruzione di impianti di produzione di semiconduttori (comunemente chiamati "fabs") negli Stati Uniti rispetto a Taiwan. Egli sottolinea che la costruzione di tali impianti negli Stati Uniti può essere due volte più costosa e richiedere il doppio del tempo, a causa di fattori quali i complessi processi normativi e una forza lavoro meno esperta. Per affrontare queste sfide, Blaschitz suggerisce di adottare il "virtual commissioning", che prevede la creazione di un modello digitale dell'impianto prima dell'inizio della costruzione fisica. Questo approccio consente di identificare tempestivamente i potenziali problemi e di aggiungere nuove tecnologie, riducendo così i costi e l'impatto ambientale e migliorando l'efficienza.
Gli esperti stimano che gli hyperscaler, come Meta, Alphabet, Microsoft e Amazon, intendano spendere fino a 320 miliardi di dollari in spese di capitale (CapEx) combinate nel 2025. Si tratta di circa il 40% in più rispetto al 2024. Questa spesa continua a essere guidata dall'intelligenza artificiale (AI) e dall'ampliamento dei data center per tenere il passo con la crescente domanda dei consumatori. Tutto ciò richiede un maggior numero di chip di semiconduttori e quindi di fabbriche per la loro produzione. L'associazione dell'industria dei semiconduttori SEMI conta 105 nuove fabbriche da qui al 2028, di cui 15 negli Stati Uniti, 10 in Europa e Medio Oriente e 80 in Asia. Nel 2025, si prevede l'avvio di un totale di 18 progetti di costruzione di nuove fabbriche.
Taiwan: Un punto di riferimento per velocità ed efficienza dei costi
In termini di costi, la costruzione di fab in Occidente è almeno il 50% più costosa che in Asia per fab di dimensioni simili e tecnologicamente comparabili. I costi più elevati derivano principalmente dalla costruzione, compresi i materiali, la manodopera (soprattutto quella specializzata e l'ingegneria), la preparazione del sito e l'infrastruttura dei servizi, nonché i requisiti normativi e di autorizzazione, precisa Blaschitz. Tuttavia, poiché oltre l'80% della spesa totale in conto capitale di una fabbrica è destinato alle attrezzature, che rimangono relativamente simili tra le varie regioni se si escludono fattori come la tassazione, i sussidi o le sovvenzioni, la differenza nei costi di costruzione fa sì che l'investimento complessivo per la fabbrica sia superiore di circa il 20% in Occidente rispetto all'Asia.
Taiwan continua a stabilire i parametri di riferimento del settore per quanto riguarda la velocità e l'efficienza dei costi. In media, ci vogliono solo 19 mesi per costruire una fabbrica, dai permessi e dalla progettazione alla consegna. Inoltre, Taiwan è leader nella decarbonizzazione delle fabbriche, dimostrando un forte impegno per le misure di sostenibilità nelle proprie strutture.
Messa in funzione virtuale: Riduzione dei costi operativi e dell'impronta di carbonio allo stesso tempo
Per rimanere competitivi, i produttori di chip cercano iniziative di sostenibilità che offrano anche vantaggi in termini di costi e tempistiche. Blaschitz presenta la messa in servizio virtuale di Exyte, una delle ultime innovazioni sviluppate dall'azienda come opportunità per portare valore aggiunto al cliente. Grazie alla modellazione dinamica dell'energia e della programmazione, la messa in servizio virtuale consente di calcolare in modo predittivo e altamente preciso il consumo di energia e di acqua di un impianto e le relative emissioni di carbonio. "Poiché quest'analisi viene condotta durante la fase di progettazione della fabbrica, aumenta la prevedibilità e consente ai proprietari della fabbrica di adottare misure proattive, migliorando così il processo decisionale ben prima dell'inizio della costruzione", spiega Blaschitz. Inoltre, la simulazione di diversi scenari di programmazione consente una pianificazione e un monitoraggio efficaci.
In Germania, il virtual commissioning è stato utilizzato con successo per ottimizzare la progettazione e la pianificazione di una mega-fabbrica, ottenendo un significativo risparmio energetico. Questi risparmi si tradurranno in una riduzione annuale di decine di migliaia di tonnellate di emissioni di anidride carbonica e in milioni di dollari di risparmi sui costi operativi, comprese le tasse sulle emissioni di anidride carbonica. Inoltre, questa soluzione di ingegneria di fabbrica digitalizzata è economicamente vantaggiosa, con un ritorno sull'investimento inferiore a sei mesi, a seconda delle dimensioni della fabbrica, sottolinea Blaschitz.
Le sfide della manodopera: Disponibilità e carenza di talenti rimangono problemi chiave
La velocità con cui è necessario costruire nuove fabbriche per soddisfare la domanda di semiconduttori in un arco di tempo così breve è senza precedenti. Inoltre, il rapido afflusso di investimenti in nuove fabbriche in Occidente esaspera ulteriormente i vincoli di manodopera, non solo per la gestione di queste strutture, ma anche per la loro costruzione. Secondo SEMI, si prevede che più di 60.000 posti di lavoro nella progettazione e produzione di chip rimarranno scoperti fino al 2030 solo negli Stati Uniti. Inoltre, un numero simile di addetti alla costruzione di fabbriche sarà necessario fino alla fine del decennio.
"I proprietari di fabbriche devono dare priorità alla pianificazione anticipata e decidere di costruire in anticipo rispetto alla domanda, prima di tutti gli altri, per evitare di competere in un mercato del lavoro già molto ristretto", consiglia Blaschitz. Anche l'aumento dell'automazione e l'uso di apparecchiature robotiche contribuiranno a mitigare i vincoli di manodopera.
Anche se i miglioramenti delle politiche governative possono sicuramente giovare al settore, Blaschitz sottolinea la necessità di una continua innovazione, di una maggiore collaborazione e di una maggiore adattabilità. L'obiettivo a lungo termine rimane chiaro: ridurre i costi, aumentare la produttività e accelerare i tempi di costruzione delle opere.
Taiwan: Un punto di riferimento per velocità ed efficienza dei costi
In termini di costi, la costruzione di fab in Occidente è almeno il 50% più costosa che in Asia per fab di dimensioni simili e tecnologicamente comparabili. I costi più elevati derivano principalmente dalla costruzione, compresi i materiali, la manodopera (soprattutto quella specializzata e l'ingegneria), la preparazione del sito e l'infrastruttura dei servizi, nonché i requisiti normativi e di autorizzazione, precisa Blaschitz. Tuttavia, poiché oltre l'80% della spesa totale in conto capitale di una fabbrica è destinato alle attrezzature, che rimangono relativamente simili tra le varie regioni se si escludono fattori come la tassazione, i sussidi o le sovvenzioni, la differenza nei costi di costruzione fa sì che l'investimento complessivo per la fabbrica sia superiore di circa il 20% in Occidente rispetto all'Asia.
Taiwan continua a stabilire i parametri di riferimento del settore per quanto riguarda la velocità e l'efficienza dei costi. In media, ci vogliono solo 19 mesi per costruire una fabbrica, dai permessi e dalla progettazione alla consegna. Inoltre, Taiwan è leader nella decarbonizzazione delle fabbriche, dimostrando un forte impegno per le misure di sostenibilità nelle proprie strutture.
Messa in funzione virtuale: Riduzione dei costi operativi e dell'impronta di carbonio allo stesso tempo
Per rimanere competitivi, i produttori di chip cercano iniziative di sostenibilità che offrano anche vantaggi in termini di costi e tempistiche. Blaschitz presenta la messa in servizio virtuale di Exyte, una delle ultime innovazioni sviluppate dall'azienda come opportunità per portare valore aggiunto al cliente. Grazie alla modellazione dinamica dell'energia e della programmazione, la messa in servizio virtuale consente di calcolare in modo predittivo e altamente preciso il consumo di energia e di acqua di un impianto e le relative emissioni di carbonio. "Poiché quest'analisi viene condotta durante la fase di progettazione della fabbrica, aumenta la prevedibilità e consente ai proprietari della fabbrica di adottare misure proattive, migliorando così il processo decisionale ben prima dell'inizio della costruzione", spiega Blaschitz. Inoltre, la simulazione di diversi scenari di programmazione consente una pianificazione e un monitoraggio efficaci.
In Germania, il virtual commissioning è stato utilizzato con successo per ottimizzare la progettazione e la pianificazione di una mega-fabbrica, ottenendo un significativo risparmio energetico. Questi risparmi si tradurranno in una riduzione annuale di decine di migliaia di tonnellate di emissioni di anidride carbonica e in milioni di dollari di risparmi sui costi operativi, comprese le tasse sulle emissioni di anidride carbonica. Inoltre, questa soluzione di ingegneria di fabbrica digitalizzata è economicamente vantaggiosa, con un ritorno sull'investimento inferiore a sei mesi, a seconda delle dimensioni della fabbrica, sottolinea Blaschitz.
Le sfide della manodopera: Disponibilità e carenza di talenti rimangono problemi chiave
La velocità con cui è necessario costruire nuove fabbriche per soddisfare la domanda di semiconduttori in un arco di tempo così breve è senza precedenti. Inoltre, il rapido afflusso di investimenti in nuove fabbriche in Occidente esaspera ulteriormente i vincoli di manodopera, non solo per la gestione di queste strutture, ma anche per la loro costruzione. Secondo SEMI, si prevede che più di 60.000 posti di lavoro nella progettazione e produzione di chip rimarranno scoperti fino al 2030 solo negli Stati Uniti. Inoltre, un numero simile di addetti alla costruzione di fabbriche sarà necessario fino alla fine del decennio.
"I proprietari di fabbriche devono dare priorità alla pianificazione anticipata e decidere di costruire in anticipo rispetto alla domanda, prima di tutti gli altri, per evitare di competere in un mercato del lavoro già molto ristretto", consiglia Blaschitz. Anche l'aumento dell'automazione e l'uso di apparecchiature robotiche contribuiranno a mitigare i vincoli di manodopera.
Anche se i miglioramenti delle politiche governative possono sicuramente giovare al settore, Blaschitz sottolinea la necessità di una continua innovazione, di una maggiore collaborazione e di una maggiore adattabilità. L'obiettivo a lungo termine rimane chiaro: ridurre i costi, aumentare la produttività e accelerare i tempi di costruzione delle opere.
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