Wyzwania i możliwości związane z planowaniem i budową fabryk półprzewodników
Wyzwania i możliwości związane z planowaniem i budową fabryk półprzewodników
Herbert Blaschitz, wiceprezes wykonawczy i dyrektor ds. technologii w Exyte, omawia wyzwania związane z budową zakładów produkcji półprzewodników (powszechnie określanych jako "fabryk") w USA w porównaniu z Tajwanem. Podkreśla on, że budowa takich obiektów w USA może być dwukrotnie droższa i trwać dwukrotnie dłużej ze względu na takie czynniki, jak złożone procesy regulacyjne i mniej doświadczona siła robocza. Aby sprostać tym wyzwaniom, Blaschitz sugeruje przyjęcie "wirtualnego uruchomienia", które obejmuje stworzenie cyfrowego modelu zakładu przed rozpoczęciem fizycznej budowy. Takie podejście pozwala na wczesne zidentyfikowanie potencjalnych problemów, a także dodanie nowych technologii, zmniejszając w ten sposób koszty i wpływ na środowisko przy jednoczesnej poprawie wydajności.
Eksperci szacują, że hiperskalery, takie jak Meta, Alphabet, Microsoft i Amazon, zamierzają wydać łącznie aż 320 miliardów dolarów na wydatki kapitałowe (CapEx) w 2025 roku. To o około 40 procent więcej niż w 2024 roku. Wydatki te są nadal napędzane przez sztuczną inteligencję (AI) i rozbudowę centrów danych, aby nadążyć za rosnącym popytem konsumentów. Wszystko to wymaga większej liczby chipów półprzewodnikowych, a tym samym większej liczby fabryk do ich produkcji. Stowarzyszenie branży półprzewodników SEMI liczy 105 nowych fabryk, które zostaną uruchomione do 2028 roku na całym świecie, w tym 15 w Stanach Zjednoczonych, 10 w Europie i na Bliskim Wschodzie oraz 80 w Azji. Oczekuje się, że w 2025 r. rozpocznie się łącznie 18 nowych projektów budowy fabryk.
Tajwan: Wzorzec szybkości i efektywności kosztowej
Pod względem kosztów, budowa fabryk na Zachodzie jest o co najmniej 50 procent droższa niż w Azji w przypadku fabryk o podobnej wielkości i porównywalnych technologicznie. Wyższe koszty wynikają przede wszystkim z budowy, w tym materiałów, robocizny (zwłaszcza wykwalifikowanych rzemieślników i inżynierów), przygotowania terenu i infrastruktury użyteczności publicznej, a także pozwoleń i wymogów regulacyjnych, precyzuje Blaschitz. Ponieważ jednak ponad 80 proc. całkowitych nakładów inwestycyjnych fabryki przeznaczane jest na sprzęt, który pozostaje stosunkowo podobny w różnych regionach, jeśli pominąć takie czynniki jak podatki, subsydia czy dotacje, różnica w kosztach budowy powoduje, że całkowita inwestycja w fabrykę jest o około 20 proc. wyższa na Zachodzie niż w Azji.
Tajwan nadal wyznacza branżowe standardy w zakresie szybkości i efektywności kosztowej. Budowa fabryki od momentu uzyskania pozwolenia i zaprojektowania do oddania do użytku zajmuje średnio zaledwie 19 miesięcy. Ponadto Tajwan jest liderem w zakresie dekarbonizacji fabryk, wykazując silne zaangażowanie w działania na rzecz zrównoważonego rozwoju w swoich obiektach.
Wirtualne uruchomienie: Zmniejszenie kosztów operacyjnych i śladu węglowego w tym samym czasie
Aby zachować konkurencyjność, producenci chipów poszukują inicjatyw na rzecz zrównoważonego rozwoju, które zapewniają również korzyści w zakresie kosztów i harmonogramu. Blaschitz przedstawia wirtualne uruchomienie Exyte, jedną z najnowszych innowacji opracowanych przez firmę jako okazję do wniesienia wartości dodanej dla klienta. Dzięki dynamicznemu modelowaniu energii i harmonogramu, wirtualne uruchomienie umożliwia predykcyjne i bardzo precyzyjne obliczenia zużycia energii i wody w fabryce, wraz z odpowiadającą im emisją dwutlenku węgla. "Ponieważ analiza ta jest przeprowadzana na etapie projektowania fabryki, zwiększa ona przewidywalność i umożliwia właścicielom fabryk podejmowanie proaktywnych działań, a tym samym usprawnia podejmowanie decyzji na długo przed rozpoczęciem budowy" - mówi Blaschitz. Co więcej, symulacja różnych scenariuszy harmonogramu pozwala na skuteczne planowanie i monitorowanie.
W Niemczech wirtualne uruchomienie zostało z powodzeniem wykorzystane do optymalizacji projektu i planowania mega fabryki, co zaowocowało znacznymi oszczędnościami energii. Oszczędności te przełożą się na roczną redukcję emisji dwutlenku węgla o dziesiątki tysięcy ton i miliony dolarów oszczędności kosztów operacyjnych, w tym niższe podatki od emisji dwutlenku węgla. Co więcej, to zdigitalizowane rozwiązanie inżynieryjne dla fabryk jest opłacalne, a zwrot z inwestycji wynosi mniej niż sześć miesięcy, w zależności od skali fabryki, podkreśla Blaschitz.
Wyzwania związane z siłą roboczą: Dostępność i niedobór talentów pozostają kluczowymi kwestiami
Tempo budowy nowych fabryk w celu zaspokojenia popytu na półprzewodniki w tak krótkim czasie jest bezprecedensowe. Co więcej, szybki napływ nowych inwestycji w fabryki na Zachodzie jeszcze bardziej zaostrza ograniczenia siły roboczej, nie tylko do obsługi tych obiektów, ale także do ich budowy. Według SEMI, oczekuje się, że ponad 60 000 miejsc pracy związanych z projektowaniem i produkcją chipów pozostanie nieobsadzonych do 2030 roku w samych Stanach Zjednoczonych. Dodatkowo, podobna liczba pracowników budowlanych fabryk będzie potrzebna do końca dekady.
"Właściciele fabryk muszą nadać priorytet wczesnemu planowaniu i zdecydować się na budowę przed popytem, przed wszystkimi innymi, aby uniknąć konkurowania na i tak już napiętym rynku pracy" - radzi Blaschitz. Zwiększona automatyzacja i wykorzystanie zrobotyzowanego sprzętu również pomogą złagodzić ograniczenia w zatrudnieniu.
Podczas gdy poprawa polityki rządowej może z pewnością przynieść korzyści branży, Blaschitz podkreśla potrzebę ciągłych innowacji, zwiększonej współpracy i większej zdolności adaptacyjnej. Długoterminowy cel pozostaje jasny: obniżenie kosztów, zwiększenie produktywności i przyspieszenie budowy fabryk.
Tajwan: Wzorzec szybkości i efektywności kosztowej
Pod względem kosztów, budowa fabryk na Zachodzie jest o co najmniej 50 procent droższa niż w Azji w przypadku fabryk o podobnej wielkości i porównywalnych technologicznie. Wyższe koszty wynikają przede wszystkim z budowy, w tym materiałów, robocizny (zwłaszcza wykwalifikowanych rzemieślników i inżynierów), przygotowania terenu i infrastruktury użyteczności publicznej, a także pozwoleń i wymogów regulacyjnych, precyzuje Blaschitz. Ponieważ jednak ponad 80 proc. całkowitych nakładów inwestycyjnych fabryki przeznaczane jest na sprzęt, który pozostaje stosunkowo podobny w różnych regionach, jeśli pominąć takie czynniki jak podatki, subsydia czy dotacje, różnica w kosztach budowy powoduje, że całkowita inwestycja w fabrykę jest o około 20 proc. wyższa na Zachodzie niż w Azji.
Tajwan nadal wyznacza branżowe standardy w zakresie szybkości i efektywności kosztowej. Budowa fabryki od momentu uzyskania pozwolenia i zaprojektowania do oddania do użytku zajmuje średnio zaledwie 19 miesięcy. Ponadto Tajwan jest liderem w zakresie dekarbonizacji fabryk, wykazując silne zaangażowanie w działania na rzecz zrównoważonego rozwoju w swoich obiektach.
Wirtualne uruchomienie: Zmniejszenie kosztów operacyjnych i śladu węglowego w tym samym czasie
Aby zachować konkurencyjność, producenci chipów poszukują inicjatyw na rzecz zrównoważonego rozwoju, które zapewniają również korzyści w zakresie kosztów i harmonogramu. Blaschitz przedstawia wirtualne uruchomienie Exyte, jedną z najnowszych innowacji opracowanych przez firmę jako okazję do wniesienia wartości dodanej dla klienta. Dzięki dynamicznemu modelowaniu energii i harmonogramu, wirtualne uruchomienie umożliwia predykcyjne i bardzo precyzyjne obliczenia zużycia energii i wody w fabryce, wraz z odpowiadającą im emisją dwutlenku węgla. "Ponieważ analiza ta jest przeprowadzana na etapie projektowania fabryki, zwiększa ona przewidywalność i umożliwia właścicielom fabryk podejmowanie proaktywnych działań, a tym samym usprawnia podejmowanie decyzji na długo przed rozpoczęciem budowy" - mówi Blaschitz. Co więcej, symulacja różnych scenariuszy harmonogramu pozwala na skuteczne planowanie i monitorowanie.
W Niemczech wirtualne uruchomienie zostało z powodzeniem wykorzystane do optymalizacji projektu i planowania mega fabryki, co zaowocowało znacznymi oszczędnościami energii. Oszczędności te przełożą się na roczną redukcję emisji dwutlenku węgla o dziesiątki tysięcy ton i miliony dolarów oszczędności kosztów operacyjnych, w tym niższe podatki od emisji dwutlenku węgla. Co więcej, to zdigitalizowane rozwiązanie inżynieryjne dla fabryk jest opłacalne, a zwrot z inwestycji wynosi mniej niż sześć miesięcy, w zależności od skali fabryki, podkreśla Blaschitz.
Wyzwania związane z siłą roboczą: Dostępność i niedobór talentów pozostają kluczowymi kwestiami
Tempo budowy nowych fabryk w celu zaspokojenia popytu na półprzewodniki w tak krótkim czasie jest bezprecedensowe. Co więcej, szybki napływ nowych inwestycji w fabryki na Zachodzie jeszcze bardziej zaostrza ograniczenia siły roboczej, nie tylko do obsługi tych obiektów, ale także do ich budowy. Według SEMI, oczekuje się, że ponad 60 000 miejsc pracy związanych z projektowaniem i produkcją chipów pozostanie nieobsadzonych do 2030 roku w samych Stanach Zjednoczonych. Dodatkowo, podobna liczba pracowników budowlanych fabryk będzie potrzebna do końca dekady.
"Właściciele fabryk muszą nadać priorytet wczesnemu planowaniu i zdecydować się na budowę przed popytem, przed wszystkimi innymi, aby uniknąć konkurowania na i tak już napiętym rynku pracy" - radzi Blaschitz. Zwiększona automatyzacja i wykorzystanie zrobotyzowanego sprzętu również pomogą złagodzić ograniczenia w zatrudnieniu.
Podczas gdy poprawa polityki rządowej może z pewnością przynieść korzyści branży, Blaschitz podkreśla potrzebę ciągłych innowacji, zwiększonej współpracy i większej zdolności adaptacyjnej. Długoterminowy cel pozostaje jasny: obniżenie kosztów, zwiększenie produktywności i przyspieszenie budowy fabryk.
Chcesz razem z nami budować lepszą przyszłość?
Oferujemy szeroki wybór ciekawych projektów, w których możesz napędzać postęp i odcisnąć swoje piętno.