半导体工厂规划和建设的挑战与机遇
半导体工厂规划和建设的挑战与机遇
Exyte 执行副总裁兼首席技术官 Herbert Blaschitz 讨论了在美国建设半导体制造工厂（通常称为 "晶圆厂"）与台湾相比所面临的挑战。他强调，由于复杂的监管流程和经验较少的劳动力等因素，在美国建设此类工厂的成本可能是台湾的两倍，所需的时间也是台湾的两倍。为了应对这些挑战，布拉希茨建议采用 "虚拟调试"，即在实际施工开始前创建工厂的数字模型。这种方法可以及早发现潜在问题，并增加新技术，从而在提高效率的同时降低成本和对环境的影响。
据专家估计，Meta、Alphabet、微软和亚马逊等超大规模企业打算在 2025 年投入高达 3200 亿美元的资本支出（CapEx）。这比 2024 年增加了约 40%。人工智能（AI）和数据中心建设将继续推动这一支出，以满足日益增长的消费需求。所有这些都需要更多的半导体芯片，因此也需要更多的晶圆厂来制造这些芯片。据半导体行业协会 SEMI 统计，到 2028 年，全球将有 105 座新工厂投产，其中美国 15 座，欧洲和中东 10 座，亚洲 80 座。2025 年，预计将有 18 个新的晶圆厂建设项目启动。
台湾：速度和成本效益的标杆
就成本而言，西方的晶圆厂建设成本比亚洲类似规模和技术的晶圆厂至少高出 50%。Blaschitz 指出，较高的成本主要来自于建设，包括材料、劳动力（尤其是熟练技工和工程人员）、场地准备和公用事业基础设施，以及许可和监管要求。然而，由于工厂总资本支出的 80% 以上分配给了设备，如果不考虑税收、补贴或补助等因素，各地区的设备支出相对相似，因此建设成本的差异导致西方的工厂总投资比亚洲高出约 20%。
台湾继续在速度和成本效益方面树立行业标杆。一座晶圆厂从申请许可、设计到交付使用，平均只需 19 个月。此外，台湾在晶圆厂去碳化方面也处于领先地位，这表明了他们对设施可持续发展措施的坚定承诺。
虚拟调试：同时降低运营成本和碳足迹
为了保持竞争力，芯片制造商寻求可提供成本和进度效益的可持续发展措施。Blaschitz 介绍了 Exyte 的虚拟调试，这是该公司开发的最新创新技术之一，可为客户带来附加值。在动态能源和调度建模的驱动下，虚拟调试能够对工厂的能源和水消耗量以及相应的碳排放量进行预测性和高度精确的计算。"Blaschitz说："由于这种分析是在工厂设计阶段进行的，因此提高了可预测性，使工厂业主能够采取积极措施，从而在施工开始前就改善决策。此外，模拟不同的调度方案可以实现有效的规划和监控。
在德国，虚拟调试被成功用于优化一座超大型工厂的设计和规划，从而节省了大量能源。这些节约将转化为每年减少数万吨的碳排放量和数百万美元的运营成本节约，包括降低碳排放税。此外，Blaschitz 指出，这种数字化工厂工程解决方案成本效益高，根据工厂规模，投资回报期不到六个月。
劳动力挑战：可用性和人才缺口仍是关键问题
为了在如此短的时间内满足半导体需求，新建晶圆厂的速度是前所未有的。此外，西部地区新晶圆厂投资的快速涌入进一步加剧了劳动力紧张，不仅是运营这些设施的劳动力，还有建造这些设施的劳动力。根据 SEMI 的数据，预计到 2030 年，仅美国就将有超过 6 万个芯片设计和制造岗位空缺。此外，到本十年末，还需要类似数量的工厂建设工人。
"Blaschitz 建议说："工厂业主需要优先考虑早期规划，并决定在需求之前、在其他人之前建造工厂，以避免在本已紧张的劳动力市场上竞争。自动化程度的提高和机器人设备的使用也将有助于缓解劳动力紧张。
虽然政府政策的改进肯定会使行业受益，但 Blaschitz 强调需要不断创新、加强合作和提高适应能力。长期目标依然明确：降低成本，提高生产率，加快建造进度。
台湾：速度和成本效益的标杆
就成本而言，西方的晶圆厂建设成本比亚洲类似规模和技术的晶圆厂至少高出 50%。Blaschitz 指出，较高的成本主要来自于建设，包括材料、劳动力（尤其是熟练技工和工程人员）、场地准备和公用事业基础设施，以及许可和监管要求。然而，由于工厂总资本支出的 80% 以上分配给了设备，如果不考虑税收、补贴或补助等因素，各地区的设备支出相对相似，因此建设成本的差异导致西方的工厂总投资比亚洲高出约 20%。
台湾继续在速度和成本效益方面树立行业标杆。一座晶圆厂从申请许可、设计到交付使用，平均只需 19 个月。此外，台湾在晶圆厂去碳化方面也处于领先地位，这表明了他们对设施可持续发展措施的坚定承诺。
虚拟调试：同时降低运营成本和碳足迹
为了保持竞争力，芯片制造商寻求可提供成本和进度效益的可持续发展措施。Blaschitz 介绍了 Exyte 的虚拟调试，这是该公司开发的最新创新技术之一，可为客户带来附加值。在动态能源和调度建模的驱动下，虚拟调试能够对工厂的能源和水消耗量以及相应的碳排放量进行预测性和高度精确的计算。"Blaschitz说："由于这种分析是在工厂设计阶段进行的，因此提高了可预测性，使工厂业主能够采取积极措施，从而在施工开始前就改善决策。此外，模拟不同的调度方案可以实现有效的规划和监控。
在德国，虚拟调试被成功用于优化一座超大型工厂的设计和规划，从而节省了大量能源。这些节约将转化为每年减少数万吨的碳排放量和数百万美元的运营成本节约，包括降低碳排放税。此外，Blaschitz 指出，这种数字化工厂工程解决方案成本效益高，根据工厂规模，投资回报期不到六个月。
劳动力挑战：可用性和人才缺口仍是关键问题
为了在如此短的时间内满足半导体需求，新建晶圆厂的速度是前所未有的。此外，西部地区新晶圆厂投资的快速涌入进一步加剧了劳动力紧张，不仅是运营这些设施的劳动力，还有建造这些设施的劳动力。根据 SEMI 的数据，预计到 2030 年，仅美国就将有超过 6 万个芯片设计和制造岗位空缺。此外，到本十年末，还需要类似数量的工厂建设工人。
"Blaschitz 建议说："工厂业主需要优先考虑早期规划，并决定在需求之前、在其他人之前建造工厂，以避免在本已紧张的劳动力市场上竞争。自动化程度的提高和机器人设备的使用也将有助于缓解劳动力紧张。
虽然政府政策的改进肯定会使行业受益，但 Blaschitz 强调需要不断创新、加强合作和提高适应能力。长期目标依然明确：降低成本，提高生产率，加快建造进度。
