Uitdagingen en kansen bij het plannen en bouwen van halfgeleiderfabrieken
Uitdagingen en kansen bij het plannen en bouwen van halfgeleiderfabrieken
Herbert Blaschitz, Executive Vice President en Chief Technology Officer bij Exyte, bespreekt de uitdagingen van het bouwen van halfgeleiderfabrieken (gewoonlijk "fabs" genoemd) in de VS in vergelijking met Taiwan. Hij benadrukt dat het bouwen van dergelijke faciliteiten in de VS twee keer zo duur kan zijn en twee keer zo lang kan duren vanwege factoren zoals complexe regelgevende processen en minder ervaren personeel. Om deze uitdagingen aan te pakken, stelt Blaschitz voor om "virtuele inbedrijfstelling" toe te passen, waarbij een digitaal model van de fabriek wordt gemaakt voordat de fysieke bouw begint. Met deze aanpak kunnen potentiële problemen in een vroeg stadium worden geïdentificeerd en kunnen nieuwe technologieën worden toegevoegd, waardoor de kosten en de impact op het milieu worden beperkt en de efficiëntie wordt verbeterd.
Experts schatten dat hyperscalers, zoals Meta, Alphabet, Microsoft en Amazon, van plan zijn om in 2025 samen maar liefst 320 miljard dollar aan kapitaaluitgaven (CapEx) te doen. Dat is ongeveer 40 procent meer dan in 2024. Deze uitgaven worden nog steeds gedreven door kunstmatige intelligentie (AI) en de bouw van datacenters om de groeiende vraag van consumenten bij te houden. Dit alles vereist meer halfgeleiderchips en dus ook meer fabrieken om ze te produceren. De halfgeleiderindustrievereniging SEMI telt 105 nieuwe fabrieken die online komen tot 2028, waarvan 15 in de Verenigde Staten, 10 in Europa en het Midden-Oosten en 80 in Azië. In 2025 zullen naar verwachting in totaal 18 nieuwe bouwprojecten van start gaan.
Taiwan: Een benchmark voor snelheid en kostenefficiëntie
Wat de kosten betreft, is de bouw van fabs in het Westen minstens 50 procent duurder dan in Azië voor fabs van vergelijkbare grootte en technologie. De hogere kosten zijn voornamelijk te wijten aan de bouw, met inbegrip van materialen, arbeid (vooral geschoolde arbeiders en ingenieurs), voorbereiding van de site en infrastructuur voor nutsvoorzieningen, en vereisten voor vergunningen en regelgeving, aldus Blaschitz. Aangezien echter meer dan 80 procent van de totale kapitaaluitgaven van een fabriek wordt toegewezen aan apparatuur, die in alle regio's relatief gelijk blijft wanneer factoren zoals belastingen, subsidies of toelagen buiten beschouwing worden gelaten, leidt het verschil in bouwkosten ertoe dat de totale investering in een fabriek in het Westen ongeveer 20 procent hoger ligt dan in Azië.
Taiwan blijft toonaangevend op het gebied van snelheid en kostenefficiëntie. Gemiddeld duurt het slechts 19 maanden om een productie-eenheid te bouwen, van de vergunning en het ontwerp tot de oplevering. Bovendien is Taiwan koploper op het gebied van koolstofarme fabrieken en toont het een sterke betrokkenheid bij duurzaamheidsmaatregelen in hun faciliteiten.
Virtuele inbedrijfstelling: Tegelijkertijd operationele kosten en koolstofvoetafdruk verminderen
Om concurrerend te blijven, zoeken chipfabrikanten naar duurzaamheidsinitiatieven die ook voordelen bieden op het gebied van kosten en planning. Blaschitz introduceert de virtuele inbedrijfstelling van Exyte, een van de laatste innovaties die het bedrijf heeft ontwikkeld als een mogelijkheid om toegevoegde waarde te bieden aan de klant. Dankzij dynamische energie- en planningsmodellering maakt virtuele inbedrijfstelling voorspellende en zeer nauwkeurige berekeningen mogelijk van het energie- en waterverbruik van een fabriek, samen met de bijbehorende CO2-uitstoot. "Aangezien deze analyse wordt uitgevoerd tijdens de ontwerpfase van de fabriek, vergroot het de voorspelbaarheid en stelt het fabriekseigenaren in staat om proactieve maatregelen te nemen, waardoor de besluitvorming ruim voor het begin van de bouw wordt verbeterd", aldus Blaschitz. Bovendien maakt het simuleren van verschillende planningsscenario's effectieve planning en monitoring mogelijk.
In Duitsland werd virtuele inbedrijfstelling met succes gebruikt om het ontwerp en de planning van een megafabriek te optimaliseren, wat resulteerde in aanzienlijke energiebesparingen. Deze besparingen zullen zich vertalen in een jaarlijkse vermindering van tienduizenden tonnen koolstofemissies en miljoenen dollars aan besparingen op operationele kosten, inclusief lagere belastingen op koolstofemissies. Bovendien is deze gedigitaliseerde oplossing voor fab-engineering kosteneffectief met een rendement op investering van minder dan zes maanden, afhankelijk van de schaal van de fabriek, aldus Blaschitz.
Uitdagingen op het gebied van arbeid: Beschikbaarheid en tekort aan talent blijven belangrijke kwesties
De snelheid waarmee nieuwe fabs moeten worden gebouwd om in zo'n kort tijdsbestek aan de vraag naar halfgeleiders te voldoen, is ongekend. Bovendien verergert de snelle toestroom van nieuwe investeringen in fabrieken in het Westen de arbeidsbeperkingen, niet alleen om deze faciliteiten te exploiteren, maar ook om ze te bouwen. Volgens SEMI zullen er alleen al in de VS tot 2030 naar verwachting meer dan 60.000 banen in chipontwerp en chipfabricage onvervuld blijven. Daarnaast zal er tot het einde van het decennium een vergelijkbaar aantal bouwvakkers nodig zijn.
"Eigenaars van fabrieken moeten prioriteit geven aan vroege planning en beslissen om vooruit te bouwen op de vraag, vóór alle anderen, om te voorkomen dat ze moeten concurreren op een toch al krappe arbeidsmarkt," adviseert Blaschitz. Meer automatisering en het gebruik van robotapparatuur zal ook helpen om de arbeidskrapte te verminderen.
Hoewel verbeteringen in het overheidsbeleid de industrie zeker ten goede kunnen komen, benadrukt Blaschitz de noodzaak van voortdurende innovatie, meer samenwerking en een groter aanpassingsvermogen. Het doel op lange termijn blijft duidelijk: kosten verlagen, productiviteit verhogen en de bouw van fabrieken sneller laten verlopen.
Taiwan: Een benchmark voor snelheid en kostenefficiëntie
Wat de kosten betreft, is de bouw van fabs in het Westen minstens 50 procent duurder dan in Azië voor fabs van vergelijkbare grootte en technologie. De hogere kosten zijn voornamelijk te wijten aan de bouw, met inbegrip van materialen, arbeid (vooral geschoolde arbeiders en ingenieurs), voorbereiding van de site en infrastructuur voor nutsvoorzieningen, en vereisten voor vergunningen en regelgeving, aldus Blaschitz. Aangezien echter meer dan 80 procent van de totale kapitaaluitgaven van een fabriek wordt toegewezen aan apparatuur, die in alle regio's relatief gelijk blijft wanneer factoren zoals belastingen, subsidies of toelagen buiten beschouwing worden gelaten, leidt het verschil in bouwkosten ertoe dat de totale investering in een fabriek in het Westen ongeveer 20 procent hoger ligt dan in Azië.
Taiwan blijft toonaangevend op het gebied van snelheid en kostenefficiëntie. Gemiddeld duurt het slechts 19 maanden om een productie-eenheid te bouwen, van de vergunning en het ontwerp tot de oplevering. Bovendien is Taiwan koploper op het gebied van koolstofarme fabrieken en toont het een sterke betrokkenheid bij duurzaamheidsmaatregelen in hun faciliteiten.
Virtuele inbedrijfstelling: Tegelijkertijd operationele kosten en koolstofvoetafdruk verminderen
Om concurrerend te blijven, zoeken chipfabrikanten naar duurzaamheidsinitiatieven die ook voordelen bieden op het gebied van kosten en planning. Blaschitz introduceert de virtuele inbedrijfstelling van Exyte, een van de laatste innovaties die het bedrijf heeft ontwikkeld als een mogelijkheid om toegevoegde waarde te bieden aan de klant. Dankzij dynamische energie- en planningsmodellering maakt virtuele inbedrijfstelling voorspellende en zeer nauwkeurige berekeningen mogelijk van het energie- en waterverbruik van een fabriek, samen met de bijbehorende CO2-uitstoot. "Aangezien deze analyse wordt uitgevoerd tijdens de ontwerpfase van de fabriek, vergroot het de voorspelbaarheid en stelt het fabriekseigenaren in staat om proactieve maatregelen te nemen, waardoor de besluitvorming ruim voor het begin van de bouw wordt verbeterd", aldus Blaschitz. Bovendien maakt het simuleren van verschillende planningsscenario's effectieve planning en monitoring mogelijk.
In Duitsland werd virtuele inbedrijfstelling met succes gebruikt om het ontwerp en de planning van een megafabriek te optimaliseren, wat resulteerde in aanzienlijke energiebesparingen. Deze besparingen zullen zich vertalen in een jaarlijkse vermindering van tienduizenden tonnen koolstofemissies en miljoenen dollars aan besparingen op operationele kosten, inclusief lagere belastingen op koolstofemissies. Bovendien is deze gedigitaliseerde oplossing voor fab-engineering kosteneffectief met een rendement op investering van minder dan zes maanden, afhankelijk van de schaal van de fabriek, aldus Blaschitz.
Uitdagingen op het gebied van arbeid: Beschikbaarheid en tekort aan talent blijven belangrijke kwesties
De snelheid waarmee nieuwe fabs moeten worden gebouwd om in zo'n kort tijdsbestek aan de vraag naar halfgeleiders te voldoen, is ongekend. Bovendien verergert de snelle toestroom van nieuwe investeringen in fabrieken in het Westen de arbeidsbeperkingen, niet alleen om deze faciliteiten te exploiteren, maar ook om ze te bouwen. Volgens SEMI zullen er alleen al in de VS tot 2030 naar verwachting meer dan 60.000 banen in chipontwerp en chipfabricage onvervuld blijven. Daarnaast zal er tot het einde van het decennium een vergelijkbaar aantal bouwvakkers nodig zijn.
"Eigenaars van fabrieken moeten prioriteit geven aan vroege planning en beslissen om vooruit te bouwen op de vraag, vóór alle anderen, om te voorkomen dat ze moeten concurreren op een toch al krappe arbeidsmarkt," adviseert Blaschitz. Meer automatisering en het gebruik van robotapparatuur zal ook helpen om de arbeidskrapte te verminderen.
Hoewel verbeteringen in het overheidsbeleid de industrie zeker ten goede kunnen komen, benadrukt Blaschitz de noodzaak van voortdurende innovatie, meer samenwerking en een groter aanpassingsvermogen. Het doel op lange termijn blijft duidelijk: kosten verlagen, productiviteit verhogen en de bouw van fabrieken sneller laten verlopen.
Ben je enthousiast om samen met ons aan een betere toekomst te bouwen?
We bieden een breed scala aan boeiende projecten waar je vooruitgang kunt boeken en je stempel op kunt drukken.