半導體晶圓廠規劃與建置的挑戰與機會
半導體晶圓廠規劃與建置的挑戰與機會
Exyte 執行副總裁暨技術長 Herbert Blaschitz 討論在美國建置半導體製造廠（通常稱為「晶圓廠」）相較於台灣所面臨的挑戰。他強調，由於複雜的法規程序和經驗較淺的勞動力等因素，在美國興建此類設施的成本可能是台灣的兩倍，所需時間也是台灣的兩倍。為了因應這些挑戰，Blaschitz 建議採用「虛擬試車」，也就是在實體施工開始之前，先建立工廠的數位模型。這種方法可以及早發現潛在問題，並增加新技術，從而降低成本和環境影響，同時提高效率。
專家估計，Meta、Alphabet、微軟和亞馬遜等超級大廠打算在 2025 年的資本支出 (CapEx) 總額高達 3200 億美元。這比 2024 年高出約 40%。這項支出將持續受到人工智慧 (AI) 和資料中心建置的驅動，以跟上不斷成長的消費者需求。這一切都需要更多的半導體晶片，因此也需要更多的晶圓廠來生產。根據半導體工業協會 SEMI 的統計，到 2028 年，全球將有 105 座新晶圓廠上線，其中美國 15 座、歐洲和中東 10 座、亞洲 80 座。在 2025 年，預計將有 18 座新晶圓廠開始興建。
台灣：速度與成本效益的標竿
就成本而言，西方的晶圓廠建廠成本至少比亞洲同規模、同技術的晶圓廠高出 50%。Blaschitz 指出，較高的成本主要來自於建築成本，包括材料、人工（特別是熟練技工和工程師）、場地準備和公用基礎設施，以及許可和法規要求。然而，由於一座晶圓廠總資本支出的 80% 以上分配在設備上，在排除稅收、補助或補助金等因素後，各區域的設備支出相對相近，因此建廠成本的差異導致西方國家的整體晶圓廠投資比亞洲高出約 20%。
台灣繼續在速度和成本效益方面樹立業界標竿。興建一座晶圓廠從申請許可、設計到交貨平均只需 19 個月。此外，台灣在晶圓廠去碳化方面也居於領先地位，顯示出他們在設施的可持續發展措施方面的堅定承諾。
虛擬試車：同時降低營運成本與碳足跡
為了保持競爭力，晶片製造商尋求可提供成本與進度效益的永續發展方案。Blaschitz 介紹 Exyte 的虛擬試運轉，這是該公司最新開發的創新技術之一，可為客戶帶來附加價值。在動態能源與排程建模的驅動下，虛擬試車可對晶圓廠的能源與用水量，以及相應的碳排放量進行預測性與高度精確的計算。"Blaschitz 表示：「由於這項分析是在晶圓廠設計階段進行，因此可提高可預測性，讓晶圓廠擁有者採取主動措施，從而在施工開始前就改善決策。此外，模擬不同的排程情境可進行有效的規劃與監控。
在德國，虛擬調試被成功用於優化一座超大型晶圓廠的設計和規劃，從而節省了大量能源。這些節能成果將轉化為每年減少數萬噸的碳排放量，以及數百萬美元的營運成本節省，包括降低碳排放稅。此外，Blaschitz 指出，根據晶圓廠的規模，此數位化晶圓廠工程解決方案的成本效益高，投資回報少於六個月。
人力挑戰：可用性和人才缺口仍是關鍵問題
為了在如此短的時間內滿足半導體需求，新晶圓廠的建廠速度是前所未有的。此外，西部地區新晶圓廠投資的快速湧入，更進一步加劇了勞動力的限制，不僅是營運這些設施的勞動力，還有建造這些設施的勞動力。根據 SEMI 的資料，光是在美國，就有超過 60,000 個晶片設計與製造職位預計在 2030 年前仍無法找到工作。此外，到 2030 年末，也將需要同樣數量的晶圓廠建設工人。
"Blaschitz 建議：「晶圓廠廠主需要優先進行早期規劃，並決定在需求之前、在其他人之前建廠，以避免在已經緊張的勞動力市場中競爭。提高自動化程度和使用機器人設備也有助於紓緩勞動力緊張的問題。
政府政策的改善固然對產業有利，但 Blaschitz 強調持續創新、加強合作及提高適應力的必要性。長期目標依然明確：降低成本、提高生產力，並加快晶圓廠的施工時程。
台灣：速度與成本效益的標竿
就成本而言，西方的晶圓廠建廠成本至少比亞洲同規模、同技術的晶圓廠高出 50%。Blaschitz 指出，較高的成本主要來自於建築成本，包括材料、人工（特別是熟練技工和工程師）、場地準備和公用基礎設施，以及許可和法規要求。然而，由於一座晶圓廠總資本支出的 80% 以上分配在設備上，在排除稅收、補助或補助金等因素後，各區域的設備支出相對相近，因此建廠成本的差異導致西方國家的整體晶圓廠投資比亞洲高出約 20%。
台灣繼續在速度和成本效益方面樹立業界標竿。興建一座晶圓廠從申請許可、設計到交貨平均只需 19 個月。此外，台灣在晶圓廠去碳化方面也居於領先地位，顯示出他們在設施的可持續發展措施方面的堅定承諾。
虛擬試車：同時降低營運成本與碳足跡
為了保持競爭力，晶片製造商尋求可提供成本與進度效益的永續發展方案。Blaschitz 介紹 Exyte 的虛擬試運轉，這是該公司最新開發的創新技術之一，可為客戶帶來附加價值。在動態能源與排程建模的驅動下，虛擬試車可對晶圓廠的能源與用水量，以及相應的碳排放量進行預測性與高度精確的計算。"Blaschitz 表示：「由於這項分析是在晶圓廠設計階段進行，因此可提高可預測性，讓晶圓廠擁有者採取主動措施，從而在施工開始前就改善決策。此外，模擬不同的排程情境可進行有效的規劃與監控。
在德國，虛擬調試被成功用於優化一座超大型晶圓廠的設計和規劃，從而節省了大量能源。這些節能成果將轉化為每年減少數萬噸的碳排放量，以及數百萬美元的營運成本節省，包括降低碳排放稅。此外，Blaschitz 指出，根據晶圓廠的規模，此數位化晶圓廠工程解決方案的成本效益高，投資回報少於六個月。
人力挑戰：可用性和人才缺口仍是關鍵問題
為了在如此短的時間內滿足半導體需求，新晶圓廠的建廠速度是前所未有的。此外，西部地區新晶圓廠投資的快速湧入，更進一步加劇了勞動力的限制，不僅是營運這些設施的勞動力，還有建造這些設施的勞動力。根據 SEMI 的資料，光是在美國，就有超過 60,000 個晶片設計與製造職位預計在 2030 年前仍無法找到工作。此外，到 2030 年末，也將需要同樣數量的晶圓廠建設工人。
"Blaschitz 建議：「晶圓廠廠主需要優先進行早期規劃，並決定在需求之前、在其他人之前建廠，以避免在已經緊張的勞動力市場中競爭。提高自動化程度和使用機器人設備也有助於紓緩勞動力緊張的問題。
政府政策的改善固然對產業有利，但 Blaschitz 強調持續創新、加強合作及提高適應力的必要性。長期目標依然明確：降低成本、提高生產力，並加快晶圓廠的施工時程。
