Unternehmen kündigen weiterhin Chipfabriken an, die Milliarden kosten, und jede Zahl klingt gleichermaßen enorm. Das meiste dieses Geldes fließt nicht in den Bau. Es fließt in die Maschinen darin, und das ist der Teil der Rechnung, der tatsächlich eine Ankündigung von der anderen unterscheidet.
Die Maschinen machen 70% bis 80% der Gesamtkosten einer modernen Chipfabrik aus, laut einer Analyse von Construction Physics. Eine einzige Anlage kann 10 Milliarden bis 20 Milliarden Dollar oder mehr kosten, und das meiste dieses Geldes geht in Maschinen, nicht in Beton und Stahl. Elon Musk hat vorgeschlagen einen 119 Milliarden Dollar teuren Halbleiterkomplex in Texas, und Maschinen würden wahrscheinlich auch den größten Teil dieses Preises ausmachen.
Diese Eskalation folgt einer vorhersehbaren Kurve. Eine Anlage, die in den frühen 1970er Jahren etwa 4 Millionen Dollar kostete, wuchs bis 2015 auf etwa 14 Milliarden Dollar an und verdoppelte sich etwa alle vier Jahre unter dem, was die Branche als Rock's Law bezeichnet. TSMC $TSM hat sich verpflichtet 165 Milliarden Dollar für seinen Campus in Arizona bereitzustellen, verteilt auf sechs Werke, zwei Verpackungsanlagen und ein Forschungszentrum, entsprechend dem Umfang, den Rock's Law für heute vorhersagen würde.
Die Maschinen, die mehr kosten als die Fabrikhülle
Samsung hat sich verpflichtet mindestens 17 Milliarden Dollar in seine Anlage in Taylor, Texas, zu investieren, aber nur 6 Milliarden davon gehen in den eigentlichen Bau. Die restlichen 11 Milliarden werden für Maschinen und Ausrüstung ausgegeben.
Das mit Abstand teuerste Stück dieses Gerätebudgets ist das Lithographiesystem, die Maschine, die Schaltkreismuster auf einen Siliziumwafer druckt. ASML $ASML, das niederländische Unternehmen, das ein Monopol auf extreme ultraviolette Lithografie besitzt, Preise seine neuesten Lithographiesysteme zu etwa 380 Millionen US-Dollar pro Stück. Die vorherige Generation kostete etwa 183 Millionen US-Dollar pro Stück. Eine Anlage benötigt mehrere dieser Maschinen, und allein Lithografiewerkzeuge können etwa 20 % der Gesamtkosten der Anlage ausmachen, was dem Preis des gesamten Gebäudes und seiner Infrastruktur entspricht.
Für diese Maschinen zu bezahlen, ist nur die Hälfte des Problems. ASMLs Jahresbericht 2024 verzeichnete nur 44 verkaufte EUV-Systeme in diesem Jahr, kaum mehr als die rund 40, die es 2021 trotz jahrelanger versprochener Produktionssteigerungen verkaufte. Ein Unternehmen kann eine Anlage in einer Pressemitteilung ankündigen. Es muss dennoch Jahre warten, bis ASML die Maschinen tatsächlich liefert, die sie betreiben.
Ätz- und Abscheidesysteme machen den anderen großen Ausgabenposten bei der Ausrüstung aus und machen schätzungsweise 40 % bis 50 % der gesamten Ausgaben für Geräte in der fortschrittlichen Chipfertigung aus, laut dem Branchenbericht von SEMI für 2026. SEMI prognostiziert, dass die Ausgaben für Ausrüstung für 300-Millimeter-Wafer-Anlagen, der Standardgröße für die moderne Chipfertigung, von 133 Milliarden US-Dollar im Jahr 2026 auf 151 Milliarden US-Dollar im folgenden Jahr steigen werden, ein Anstieg von etwa 14 % in zwölf Monaten.
Versteckte Kosten in einem unscheinbaren Gebäude
Die 20 % bis 30 % der Anlagenkosten, die auf das Gebäude entfallen, erscheinen bescheiden, aber selbst dieser Anteil kauft weit mehr als nur eine Hülle. Construction Physics fand heraus, dass Dienstleistungen, die HLK-, Abluftsysteme und Infrastruktur für ultrareines Wasser fast zwei Drittel der Kosten einer Anlage ausmachen, verglichen mit weniger als 20 % für ein Einfamilienhaus.
Einer dieser Dienste ist am wichtigsten: Die Luft sauber genug zu halten, um einen Chip darin zu bauen. Die Herstellung von Halbleitern erfordert Reinräume, die nach ISO 14644-1, dem internationalen Standard, der die Luftreinheit danach bewertet, wie viele Partikel darin schweben, klassifiziert sind. Die fortschrittlichsten Anlagen arbeiten auf ISO-Klasse 1, die nicht mehr als 10 Partikel pro Kubikmeter Luft zulässt, etwa die Größe eines Virus. Um diesen Standard zu erreichen, sind Filter erforderlich, die 99,999 % von allem anderen in der Luft erfassen und oft die gesamte Decke auskleiden.
Die gleichen Lithografie-Werkzeuge, die saubere Luft benötigen, benötigen auch einen Boden, der sich nicht unter ihnen bewegt. Sie mustern Merkmale, die in Nanometern gemessen werden, und die geringste Vibration kann einen Wafer ruinieren. Anlagen werden gebaut, um Vibrationskriteriumkurven zu erfüllen, einen Ingenieurstandard, den das Institute of Environmental Sciences and Technology nach Ungar und Gordon im Jahr 1983 erstmals vorschlug, laut Colin Gordon Associates. Die strengste Stufe, genannt VC-E, begrenzt die Bodenvibration auf 3,12 Mikrometer pro Sekunde, was die eigenen Autoren des Standards als „ein anspruchsvolles Kriterium zu erreichen“ bezeichnen. Fundamente müssen mechanisch vom Rest des Gebäudes getrennt werden, mit physischen Lücken zwischen isolierten Platten und der umgebenden Struktur.
Wasser- und Stromrechnungen, die nie enden
Der Bau der Anlage ist nur die erste Rechnung. Der Betrieb kostet genauso viel, jeden einzelnen Tag. Eine durchschnittliche Produktionsstätte verbraucht täglich 10 Millionen Gallonen ultrareines Wasser, so viel wie 33.000 US-Haushalte pro Tag, laut dem Weltwirtschaftsforum. Die Produktion dieses Wassers verbraucht 40 % bis 60 % mehr Wasser, als die Anlage letztendlich nutzt.
Die Stromrechnung ist genauso hoch. Eine große Anlage kann bis zu 100 Megawattstunden Strom pro Stunde verbrauchen, mehr als viele Autofabriken oder Ölraffinerien, laut McKinsey. Allein TSMC verbrauchte 2024 in Taiwan 25,55 Milliarden Kilowattstunden, etwa 9 % des gesamten Stromverbrauchs des Landes.
Diese Rechnungen sind genau der Grund, warum Regierungen jetzt beim Bau helfen, anstatt die Unternehmen alleine die Kosten tragen zu lassen. Das US-Handelsministerium verliehen TSMC Arizona bis zu 6,6 Milliarden US-Dollar an direkter Finanzierung im Rahmen des CHIPS and Science Act, und Intel $INTC erhielt bis zu 7,86 Milliarden US-Dollar in vier Bundesstaaten.
Der Bau einer Chip-Fabrik war früher das Problem eines Unternehmens. Jetzt ist es ein nationales Problem.