Det globale mikrochipkapløb: Europas forsøg på at indhente det

I udkanten af ​​en rolig skov en times kørsel fra Stuttgart, hvor vandrestier snor sig gennem træerne og hen over blidt bølgende bakker, sidder et af Europas hemmelige våben i det globale kapløb om at udvikle verdens mest avancerede halvledere.

Oberkochen, en lille by med kun 8,000 indbyggere i den sydvestlige delstat Baden-Württemberg, er hovedkvarter for Carl Zeiss SMT, den eneste producent af de spejle og linser, der bruges i verdens mest avancerede spånfremstillingsudstyr. Dets ultrapræcise spejle og linser er så præcise, at de er i stand til en præcision, der er 200 gange større end James Webb-rumteleskopet.

Zeiss har "en unik kompetence", siger Peter Wennink, administrerende direktør for ASML, den hollandske virksomhed, der har et globalt monopol på fremstilling af de ekstreme ultraviolette litografiske (EUV) maskiner, der kræves for at fremstille banebrydende spåner - og er en af ​​dets vigtigste kunder.

Uden Zeiss-optik siger han, at ASML ikke kunne lave sine EUV-maskiner, som bruger ultraviolet lys til at scanne chipdesign på siliciumwafers i en lille skala. Og uden ASML-maskiner ville det være umuligt at lave de mest avancerede chips, der er nødvendige til fremtidige teknologier såsom kunstig intelligens, autonom kørsel og kvanteberegning.

Avanceret spånfremstillingsudstyr er en af ​​Europas skjulte styrker, da lande rundt om i verden forsøger at erobre en del af en industri, der er i centrum for den moderne økonomi, og som i stigende grad bliver fyldt med geopolitiske risici. 

Halvledermarkedet oversteg $500 mia. for første gang i 2021 og anslås at blive en trillion-dollar industri i 2030, ifølge McKinsey.

Taiwan er det globale center for den mest avancerede spånfremstilling. Med hensyn til halvledere under 10 nanometer - de førende versioner af teknologien - har Taiwan mere end 90 procent af den globale markedsandel.

Men voksende frygt for en form for kinesisk militær intervention i Taiwan har fået regeringer fra USA, Japan og mange over hele Europa til at skynde sig for at tilskynde til udvidelse af chipproduktionen i deres lande, hvilket giver anledning til bekymring for, at for meget kapacitet vil komme i drift på samme tid. tid.

For mange lande er halvledere et spørgsmål om national sikkerhed, da store dele af økonomien i stigende grad er afhængige af den funktionalitet, de leverer. Alvorlig mangel under pandemien har ramt produktionen i en lang række globale industrier fra smartphones og personlige computere til servere og biler.

Europa er fast besluttet på ikke at blive efterladt, da denne konkurrence tager fart. 

Tidligere i år afslørede Europa-Kommissionen en plan om at investere 43 milliarder euro i et forsøg på at friste verdens største chipproducenter til at etablere fabrikker i blokken. Intel, den amerikanske chipgigant, har lovet en indledende investering på €33 mia. i blokken, inklusive €17 mia. til en mega-site i Tyskland. Europæiske chipproducenter som STMicroelectronics og Infineon udvider også deres faciliteter i Europa. EU forsøger også at lokke TSMC, verdens største kontrakt-chipproducent, til at etablere store operationer i blokken.

Bruxelles håber, at investeringerne vil fordoble EU's andel af det globale halvledermarked fra mindre end 10 procent i dag til 20 procent i 2030. Men vigtigere end markedsandele er det at mindske EU's afhængighed af producenter i Asien som TSMC og Samsung kl. en tid, hvor øst-vestspændinger kunne udgøre en potentiel trussel mod forsyningen.

Der er mindst 81 nye chipfaciliteter, der skal bygges mellem 2021 og 2025; 10 vil blive bygget i Europa sammenlignet med 14 i USA og 21 i Taiwan, ifølge de seneste data i september fra SEMI, en amerikansk-baseret halvlederindustriorganisation.

Sammen med kontinentets solide fundament inden for kemikalier og materialer vil virksomheder som Carl Zeiss SMT og ASML og deres forsyningskæder være fundamentale for Europas ambition om at blive en af ​​verdens vigtigste leverandører af de højeste spåner.

Men der er stadig vigtige huller i Europas halvlederfremstød. De nødvendige kapitalbeløb er formidable. Og de virksomheder, der søger at levere til spånfabrikkerne, advarer om, at der ikke er nok faglærte arbejdere til at holde deres anlæg brummende.

"Om vi ​​kunne nå 20 procent markedsandel i 2030 er et spørgsmålstegn, men der er et stigende pres, fordi ikke at gøre noget vil gøre situationen endnu værre," siger Lars Reger, teknologichef hos NXP Semiconductor, den hollandske virksomhed .

"Det handler om relevans," sagde Wennink hos ASML. "Du skal forblive relevant i den geopolitiske kontekst." 

Giver det mening?

Europas ambitiøse plan for mikrochips, som er bygget op omkring European Chips Act, er ikke blevet mødt med universel godkendelse.

Nogle kritikere, herunder industriledere, har antydet, at Europa spildte skatteydernes penge. Langt bedre, hævder de, ville være at bruge pengene på at udvide kapaciteten af ​​de modne chipteknologier, der forbruges af Europas egne industrier - såsom bilindustrien og industrielle applikationer - i stedet for at stå over for de enorme omkostninger ved at forsøge at udvikle de nyeste chips. Nedgangen i Europas mobiltelefonindustri havde efterladt kontinentet uden åbenlyse kunder til avancerede chips.

Efterhånden som omkostningerne ved at producere flere og mere komplekse chips er eskaleret, "var færre virksomheder i stand til at følge med", siger en leder af chipfirmaet. "Mange af dem, der faldt ud af løbet, var i Europa."

Det har efterladt Europas forsyningskæde uden nogle af de nøglefunktioner, der er nødvendige for avanceret halvlederfremstilling.

Yang Wang, senioranalytiker i London med konsulentfirmaet Counterpoint Research, påpeger, at der ikke er nogen chipdesignere i Europa, der arbejder i 7 nanometer og under noder versioner af teknologien.

"Ingen af ​​verdens top 10 chipdesignere er baseret i Europa, mens USA er førende i verden inden for halvlederdesign," siger han.

EU har eksisterende klynger af halvlederforsyningskæder, såsom Leuven i Belgien, Dresden i Tyskland og Grenoble i Frankrig, men Europa bliver nødt til at øge chipdesignkapaciteten og investere i økosystemet for avanceret chipfremstilling samt investering i chip fremstiller selv, siger industrieksperter.

Finansiering er også en afgørende faktor. Jo mere avanceret chippen fremstilles, jo mere kapitalkrævende er processen. For eksempel vil TSMC's kapitaludgifter for 2022 være $36 mia., og i denne måned annoncerede virksomheden planer om at tredoble sin investering i Arizona fra $12 mia. til $40 mia. i de kommende år, hvor det også vil bringe den mere avancerede 3nm-teknologi inden 2026.

USA vedtog i år sin egen Chips and Science Act, en pakke til $52.7 mia. med incitamenter og skattelettelser.

Opbygning af en forsyningskæde så kompliceret som den, der kræves for den mest avancerede chipteknologi, vil tage år at konstruere - og kræve endnu mere skatteyderstøtte, siger industriledere. Lande som Kina, Taiwan og Sydkorea har investeret milliarder over årtier for at støtte deres chipproducenter.

"Den europæiske chipslov er et fantastisk værktøj, fordi den sætter os på samme niveau af incitamenter på verdensplan," siger Jean-Marc Chery, administrerende direktør for STMicroelectronics, en Genève-baseret virksomhed, der leverer chips til automobil- og industrimarkederne med hovedsageligt modne teknologier. "Men hvis vi skal bygge [avanceret teknologi] og enorme fabs . . . så er det ikke særlig konkurrencedygtigt.” 

Men Europa starter ikke fra bunden.

EU's greb om avanceret chipudstyr er en vigtig fordel. Med EUV-maskiner fra ASML er verdens største chipproducenter som TSMC, Samsung og Intel i stand til at udfordre fysikkens grænser ved at pakke flere og flere behandlingstransistorer på mindre og mindre chips. I dag er den mest banebrydende inden for masseproduktion 3nm - en reference til størrelsen af ​​hver transistor på en chip - men teknologien tager dette til 2nm og derunder.

"Uden EUV'er ville du ikke være i stand til at nå disse store tætheder af transistorer i en chip," siger Thomas Stammler, teknologichef hos Zeiss. "Da vi er den eneste, der leverer EUV, tager vi dette også som en forpligtelse til at udvide og støtte chipindustrien. . . og vi arbejder allerede på den næste generation af EUV." 

Ud over ASML og Zeiss, hvor ASML har en ejerandel på 25 procent, er Tysklands Trumpf førende i verden inden for lasere, der bruges af EUV-maskiner. Ved 220,000C er plasmaet skabt af Trumpfs lasere - brugt til at generere EUV-lys - næsten 40 gange varmere end Solens overflade.

Sådan avanceret teknologi gør det muligt for EUV'erne at hjælpe virksomheder som Apple med at presse så mange som 16 milliarder transistorer på den centrale processorenhed på deres MacBook i dag sammenlignet med 1,000 transistorer i elektroniske enheder i 1970'erne. 

Europa har også en stærk fordel i sin evne til at producere de meget skræddersyede, komplekse materialer og kemikalier, der bruges i avanceret spånfremstilling. Disse kommer hovedsageligt fra en håndfuld europæiske virksomheder som Merck, BASF og Solvay og fra japanske virksomheder som JSR og Shin-Etsu Chemical.

Det har også et af verdens førende forskningscentre i IMEC, det nanoteknologiske forskningscenter uden for Bruxelles, der bruges af de mest avancerede chipproducenter til at bygge prototyper. Andre verdenskendte forskningscentre omfatter Tysklands Fraunhofer-institutter og franske CEA-Leti.

Men der er stadig udfordringer. Andre lande investerer langt mere end dem i Europa for at opbygge deres egne spånfremstillingsevner, og økosystemerne begynder allerede at udvikle sig omkring nye anlæg.

I Europa har kritiske kemikalie- og materialeleverandører været langsommere til at investere end dem i USA og Taiwan. Nogle i branchen antyder, at dette skyldes, at den europæiske chipslov ikke i tilstrækkelig grad dækker investeringer ud over spånfremstilling, eller fordi europæiske miljøbestemmelser gør det vanskeligere at udvide kemiske faciliteter. Og selvfølgelig har Europas gaskrise drevet allerede høje energipriser op og tvunget blokkens energiintensive kemiske industri til at lukke eller indstille produktionen af ​​nogle produkter. At ekspandere i Europa lige nu er ikke attraktivt uden stærke incitamenter, siger branchechefer.

"Levering af kemikalier til de nye halvlederfabrikker kræver investeringer i dedikerede aktiver. Derfor ville mangel på statsstøtte helt sikkert være en hindring for leverandører af kemikalier,” siger Solvay-præsident Rodrigo Elizondo til Financial Times. "Efter vores mening vil fraværet af en robust regional forsyning af kemikalier helt sikkert bringe operationerne af europæiske halvlederfabrikker i fare."

BASF og Solvay forventer kemikalie- og materialemangel i de kommende år, når de nye chipkapaciteter stiger, medmindre der investeres i disse områder.

"Alle taler om fremstilling af halvledere, men der gives ikke nok opmærksomhed til de kemikalier, der er nødvendige for at fremstille disse mikrochips," siger Lothar Laupichler, BASF's senior vicepræsident for elektroniske materialer. "Det føles næsten som om kemikalier ses på som vand eller elektricitet, du åbner vandhanen, og det kommer lige ud, men det er en misforståelse." 

Kai Beckmann, medlem af direktionen for Merck og administrerende direktør for dets elektronikdivision, tilføjer: "Vi er nødt til at undersøge dette i fællesskab med EU, fordi vi taler om meget højt specialiseret materiale, som måske ikke er godt fanget i europæiske ambitioner."

At finde personalet

Europa står over for et endnu mere grundlæggende problem: at finde nok kvalificeret arbejdskraft. En undersøgelse fra European Labour Authority af den største mangel på arbejdskraft i EU viste, at ingeniører og teknikere - søjlerne i chipindustrien - var blandt de fire største talentmangler i 10 lande.

Virksomheder som Tysklands Infineon, Edwards Vacuum i Storbritannien, som er den afgørende komponent- og subsystemleverandør til ASML, og AT&S i Østrig, en af ​​de førende leverandører af high-end chipsubstrater, som halvledere er monteret på, har alle advaret om, at udenlandsk talent vil være afgørende for den videre udvikling og bæredygtighed af Europas halvlederindustri.

Andreas Gerstenmayer, AT&S administrerende direktør, siger, at hans virksomhed kæmper for at finde de 800 faglærte arbejdere, det har brug for til sit nye forsknings- og udviklingscenter i Østrig. "Vi er nødt til at nå ud globalt for at ansætte talenter, for erfaringen og teknologien [af chipsubstrater] er endnu ikke tilgængelig her."

Martin Stöckl, Infineons personalechef, siger, at hele forsyningskæden vil jagte det samme talent, hvilket gør tingene værre. "Problemet med talentmangel er alvorligt i Europa," siger han. "Hvis du laver en hurtig beregning, vil vi [Infineon] bygge en ny fabrik, STMicroelectronics og Intel udvider også. Vi [virksomheder] får brug for mindst tusindvis flere ingeniører og teknikere i de kommende år." 

Alligevel er kampen langt fra tabt, siger branchechefer.

På trods af alle udfordringerne er industriens ledere optimistiske over Europas udsigter i denne kritiske branche. At have virksomheder som ASML, Zeiss og Trumpf er ikke et dårligt sted at starte.

"Europa har bevaret en reel styrke gennem årene inden for halvlederfremstillingsudstyr," siger en ledende Intel-direktør. »Det har virkelig givet den en chance for at komme ind på markedet igen, som den ellers ikke ville have haft. Uden disse strandhoveder ville det have været meget, meget svært for Europa at komme tilbage.”

Yderligere rapportering af Peggy Hollinger og Joe Miller

Kartografi og datavisualisering af Liz Faunce , Alan Smith

Det globale mikrochipræs: Europas forsøg på at indhente Genudgivet fra kilde https://www.ft.com/content/b31e27fd-0781-4ffd-bb69-9af985abff41 via https://www.ft.com/companies/technology?format =rss

<!–

->