Das globale Mikrochip-Rennen: Europas Aufholjagd

Am Rande eines ruhigen Waldes, eine Autostunde von Stuttgart entfernt, wo sich Wanderwege durch die Bäume und über sanfte Hügel schlängeln, liegt eine der Geheimwaffen Europas im globalen Wettlauf um die Entwicklung der fortschrittlichsten Halbleiter der Welt.

Oberkochen, eine kleine Stadt mit nur 8,000 Einwohnern im südwestlichen Bundesland Baden-Württemberg, ist der Hauptsitz von Carl Zeiss SMT, dem einzigen Hersteller von Spiegeln und Linsen, die in den modernsten Chipherstellungsanlagen der Welt verwendet werden. Seine ultrapräzisen Spiegel und Linsen sind so genau, dass sie eine 200-mal höhere Präzision erreichen als das James-Webb-Weltraumteleskop.

Zeiss verfügt über „eine einzigartige Kompetenz“, sagt Peter Wennink, Geschäftsführer von ASML, dem in den Niederlanden ansässigen Unternehmen, das ein weltweites Monopol auf die Herstellung von Extrem-Ultraviolett-Lithographie (EUV)-Maschinen besitzt, die für die Herstellung hochmoderner Chips erforderlich sind – und eines davon ist wichtigsten Kunden.

Ohne die Optik von Zeiss, sagt er, könnte ASML seine EUV-Maschinen nicht herstellen, die ultraviolettes Licht verwenden, um Chipdesigns in winzigem Maßstab auf Siliziumwafer zu scannen. Und ohne ASML-Maschinen wäre es unmöglich, die fortschrittlichsten Chips herzustellen, die für Zukunftstechnologien wie künstliche Intelligenz, autonomes Fahren und Quantencomputing benötigt werden.

Fortgeschrittene Chipherstellungsausrüstung ist eine der verborgenen Stärken Europas, da Länder auf der ganzen Welt versuchen, einen Anteil an einer Industrie zu erobern, die im Zentrum der modernen Wirtschaft steht und zunehmend mit geopolitischen Risiken behaftet ist. 

Der Halbleitermarkt hat 500 erstmals 2021 Milliarden Dollar überschritten und soll laut McKinsey bis 2030 zu einer Billionen-Dollar-Industrie werden.

Taiwan ist das globale Zentrum für die fortschrittlichste Chipherstellung. Bei Halbleitern unter 10 Nanometern – den Spitzenversionen der Technologie – hält Taiwan mehr als 90 Prozent des Weltmarktanteils.

Aber wachsende Befürchtungen über eine Art chinesischer Militärintervention in Taiwan haben Regierungen aus den USA, Japan und vielen anderen in ganz Europa dazu veranlasst, sich zu beeilen, Anreize für die Ausweitung der Chipproduktion in ihren Ländern zu schaffen, was die Befürchtung aufkommen lässt, dass gleichzeitig zu viele Kapazitäten in Betrieb genommen werden Zeit.

Für viele Länder sind Halbleiter eine Frage der nationalen Sicherheit, da große Teile der Wirtschaft zunehmend auf die von ihnen bereitgestellten Funktionen angewiesen sind. Schwere Engpässe während der Pandemie haben die Produktion in einer Vielzahl globaler Branchen getroffen, von Smartphones und PCs bis hin zu Servern und Automobilen.

Europa ist entschlossen, nicht zurückgelassen zu werden, wenn dieser Wettbewerb an Fahrt gewinnt. 

Anfang dieses Jahres stellte die Europäische Kommission einen Plan vor, 43 Milliarden Euro zu investieren, um die größten Chiphersteller der Welt dazu zu verleiten, Fabriken im Block zu errichten. Der US-Chipgigant Intel hat eine Anfangsinvestition von 33 Milliarden Euro in den Block zugesagt, davon 17 Milliarden Euro für einen Mega-Standort in Deutschland. Auch europäische Chiphersteller wie STMicroelectronics und Infineon erweitern ihre Einrichtungen in Europa. Die EU versucht auch, TSMC, den weltgrößten Vertragshersteller von Chips, dazu zu bringen, groß angelegte Betriebe in der EU aufzubauen.

Brüssel hofft, dass die Investitionen den Anteil der EU am globalen Halbleitermarkt von heute weniger als 10 Prozent auf 20 Prozent bis 2030 verdoppeln werden. Aber wichtiger als der Marktanteil ist es, die Abhängigkeit der EU von Herstellern in Asien wie TSMC und Samsung zu verringern eine Zeit, in der Ost-West-Spannungen eine potenzielle Bedrohung für die Versorgung darstellen könnten.

Zwischen 81 und 2021 sollen mindestens 2025 neue Chipfabriken gebaut werden; 10 werden in Europa gebaut, verglichen mit 14 in den USA und 21 in Taiwan, laut den jüngsten Daten vom September von SEMI, einer in den USA ansässigen Organisation der Halbleiterindustrie.

Unternehmen wie Carl Zeiss SMT und ASML und ihre Lieferketten werden zusammen mit den soliden Grundlagen des Kontinents im Bereich Chemikalien und Materialien von grundlegender Bedeutung für Europas Bestreben sein, einer der weltweit wichtigsten Anbieter von Chips der Spitzenklasse zu werden.

Aber in Europas Halbleiter-Push bleiben noch wichtige Lücken. Die erforderlichen Kapitalbeträge sind beachtlich. Und die Firmen, die die Chipfabriken beliefern wollen, warnen davor, dass es nicht genügend Fachkräfte gebe, um ihre Fabriken am Laufen zu halten.

„Ob wir bis 20 einen Marktanteil von 2030 Prozent erreichen können, ist fraglich, aber der Druck steigt, denn nichts zu tun wird die Situation noch schlimmer machen“, sagt Lars Reger, Chief Technology Officer beim niederländischen Unternehmen NXP Semiconductor .

„Es dreht sich alles um Relevanz“, sagte Wennink von ASML. „Man muss im geopolitischen Kontext relevant bleiben.“ 

Macht das Sinn?

Europas ehrgeiziger Plan für Mikrochips, der auf dem europäischen Chipgesetz basiert, ist nicht auf allgemeine Zustimmung gestoßen.

Einige Kritiker, darunter Führungskräfte aus der Industrie, haben angedeutet, dass Europa verschwendet das Geld der Steuerzahler. Weitaus besser, so argumentieren sie, wäre es, das Geld für die Kapazitätserweiterung der ausgereiften Chiptechnologien auszugeben, die von Europas eigenen Industrien – wie Automobil- und Industrieanwendungen – verbraucht werden, anstatt die enormen Kosten für den Versuch, die neuesten Chips zu entwickeln, in Kauf zu nehmen. Der Niedergang der europäischen Mobiltelefonindustrie hatte den Kontinent ohne offensichtliche Kunden für fortschrittliche Chips zurückgelassen.

Da die Kosten für die Herstellung immer komplexerer Chips gestiegen sind, konnten „weniger Unternehmen mithalten“, sagt ein Manager eines Chipunternehmens. „Viele der Aussteiger waren in Europa.“

Dadurch fehlen in Europas Lieferkette einige der Schlüsselkompetenzen, die für die fortschrittliche Halbleiterfertigung erforderlich sind.

Yang Wang, Senior Analyst in London bei der Beratungsfirma Counterpoint Research, weist darauf hin, dass es in Europa keine Chipdesigner gibt, die in 7-Nanometer- und niedrigeren Versionen der Technologie arbeiten.

„Keiner der 10 weltbesten Chipdesigner hat seinen Sitz in Europa, während die USA bei Halbleiterdesigns weltweit führend sind“, sagt er.

Die EU verfügt zwar über bestehende Cluster von Halbleiter-Lieferketten, wie Leuven in Belgien, Dresden in Deutschland und Grenoble in Frankreich, aber Europa muss seine Kapazitäten im Chipdesign ausbauen und in das Ökosystem für die fortschrittliche Chipherstellung sowie in Chips investieren Herstellung selbst, sagen Branchenexperten.

Auch die Finanzierung ist ein entscheidender Faktor. Je fortschrittlicher der hergestellte Chip ist, desto kapitalintensiver ist der Prozess. Beispielsweise werden die Investitionsausgaben von TSMC für 2022 36 Milliarden US-Dollar betragen, und in diesem Monat kündigte das Unternehmen Pläne an, seine Investitionen in Arizona in den kommenden Jahren von 12 Milliarden US-Dollar auf 40 Milliarden US-Dollar zu verdreifachen, wo es bis 3 auch die fortschrittlichere 2026-nm-Technologie einführen wird.

Die USA haben dieses Jahr ihren eigenen Chips and Science Act verabschiedet, ein 52.7 Milliarden Dollar schweres Paket aus Anreizen und Steuererleichterungen.

Der Aufbau einer Lieferkette, die so kompliziert ist, wie sie für die fortschrittlichste Chiptechnologie erforderlich ist, wird Jahre dauern – und noch mehr Unterstützung durch den Steuerzahler erfordern, sagen Führungskräfte der Branche. Länder wie China, Taiwan und Südkorea haben über Jahrzehnte Milliarden investiert, um ihre Chiphersteller zu unterstützen.

„Das europäische Chipgesetz ist ein großartiges Instrument, weil es uns weltweit dieselben Anreize gibt“, sagt Jean-Marc Chery, CEO von STMicroelectronics, einem in Genf ansässigen Unternehmen, das hauptsächlich Chips für die Automobil- und Industriemärkte liefert ausgereifte Technologien. „Aber wenn wir [fortgeschrittene Technologie] und riesige Fabs bauen müssen . . . dann ist es nicht sehr wettbewerbsfähig.“ 

Aber Europa fängt nicht bei null an.

Der Besitz der EU über fortschrittliche Chipausrüstung ist ein wichtiger Vorteil. Mit EUV-Maschinen von ASML sind die weltgrößten Chiphersteller wie TSMC, Samsung und Intel in der Lage, die Grenzen der Physik herauszufordern, indem sie immer mehr Verarbeitungstransistoren auf immer kleinere Chips packen. Heutzutage ist 3 nm die modernste Massenproduktion – ein Hinweis auf die Größe jedes Transistors auf einem Chip – aber die Technologie bringt dies auf 2 nm und darunter.

„Ohne EUVs wären diese hohen Transistordichten in einem Chip nicht zu erreichen“, sagt Thomas Stammler, Chief Technology Officer von Zeiss. „Da wir der einzige Anbieter von EUV sind, sehen wir dies auch als Verpflichtung, die Chipindustrie auszubauen und zu unterstützen. . . und wir arbeiten bereits an der nächsten EUV-Generation.“ 

Neben ASML und Zeiss, an denen ASML mit 25 Prozent beteiligt ist, ist das deutsche Unternehmen Trumpf weltweit führend bei Lasern, die von EUV-Maschinen verwendet werden. Mit 220,000 °C ist das von Trumpfs Lasern erzeugte Plasma – das zur Erzeugung von EUV-Licht verwendet wird – fast 40-mal heißer als die Oberfläche der Sonne.

Diese fortschrittliche Technologie ermöglicht es den EUVs, Unternehmen wie Apple dabei zu helfen, heute bis zu 16 Milliarden Transistoren in die zentrale Verarbeitungseinheit seines MacBook zu quetschen, verglichen mit 1,000 Transistoren in den elektronischen Geräten in den 1970er Jahren. 

Europa hat auch einen großen Vorteil in seiner Fähigkeit, hochgradig kundenspezifische, komplexe Materialien und Chemikalien herzustellen, die in der fortschrittlichen Chipherstellung verwendet werden. Diese stammen hauptsächlich von einer Handvoll europäischer Unternehmen wie Merck, BASF und Solvay sowie von japanischen Unternehmen wie JSR und Shin-Etsu Chemical.

Es hat auch eines der weltweit führenden Forschungszentren im IMEC, dem Nanotechnologie-Forschungszentrum außerhalb von Brüssel, das von den fortschrittlichsten Chipherstellern zum Bau von Prototypen genutzt wird. Weitere weltbekannte Forschungszentren sind die deutschen Fraunhofer-Institute und das französische CEA-Leti.

Aber es gibt noch Herausforderungen. Andere Länder investieren weit mehr als die europäischen Länder in den Aufbau eigener Chipherstellungskapazitäten, und Ökosysteme beginnen sich bereits um neue Anlagen herum zu entwickeln.

In Europa haben kritische Chemikalien- und Materiallieferanten langsamer investiert als diejenigen in den USA und Taiwan. Einige in der Branche vermuten, dass dies daran liegt, dass das europäische Chipgesetz Investitionen über die Chipherstellung hinaus nicht ausreichend abdeckt oder weil europäische Umweltvorschriften den Ausbau chemischer Anlagen erschweren. Und natürlich hat die Gaskrise in Europa die bereits hohen Energiepreise in die Höhe getrieben und die energieintensive chemische Industrie des Blocks gezwungen, die Produktion einiger Produkte einzustellen oder einzustellen. Die Expansion in Europa ist derzeit ohne starke Anreize nicht attraktiv, sagen Führungskräfte der Branche.

„Die Versorgung der neuen Halbleiterfabriken mit Chemikalien erfordert Investitionen in dedizierte Vermögenswerte. Daher wäre ein Mangel an staatlicher Unterstützung definitiv eine Hürde für Chemikalienlieferanten“, sagt Solvay-Präsident Rodrigo Elizondo der Financial Times. „Aus unserer Sicht wird das Fehlen einer robusten regionalen Versorgung mit Chemikalien den Betrieb europäischer Halbleiterfabriken definitiv gefährden.“

BASF und Solvay rechnen in den kommenden Jahren beim Hochlauf der neuen Chipkapazitäten mit Chemikalien- und Materialknappheit, sofern nicht in diese Bereiche investiert wird.

„Alle reden über die Halbleiterherstellung, aber den Chemikalien, die zur Herstellung dieser Mikrochips benötigt werden, wird zu wenig Aufmerksamkeit geschenkt“, sagt Lothar Laupichler, Senior Vice President Electronic Materials bei BASF. „Es fühlt sich fast so an, als würden Chemikalien wie Wasser oder Strom betrachtet, man öffnet den Wasserhahn und es kommt direkt heraus, aber das ist ein Missverständnis.“ 

Kai Beckmann, Mitglied der Geschäftsleitung von Merck und Chief Executive der Elektroniksparte, fügt hinzu: „Wir müssen das gemeinsam mit der Europäischen Union prüfen, denn wir sprechen von sehr hochspezialisiertem Material, das möglicherweise nicht gut erfasst wird Europäische Ambitionen.“

Personal finden

Europa steht vor einem noch grundlegenderen Problem: genügend qualifizierte Arbeitskräfte zu finden. Eine Umfrage der Europäischen Arbeitsbehörde zum größten Arbeitskräftemangel in der EU ergab, dass Ingenieure und Techniker – die Säulen der Chipindustrie – in 10 Ländern zu den vier größten Fachkräftemängeln gehören.

Unternehmen wie Infineon aus Deutschland, Edwards Vacuum in Großbritannien, der entscheidende Komponenten- und Subsystemlieferant für ASML, und AT&S in Österreich, einer der führenden Anbieter von High-End-Chipsubstraten, auf denen Halbleiter montiert werden, haben alle davor gewarnt ausländische Talente werden entscheidend für die weitere Entwicklung und Nachhaltigkeit der europäischen Halbleiterindustrie sein.

Andreas Gerstenmayer, Vorstandsvorsitzender von AT&S, sagt, sein Unternehmen habe Mühe, die 800 Fachkräfte zu finden, die es für sein neues Forschungs- und Entwicklungszentrum in Österreich benötige. „Wir müssen uns weltweit bemühen, Talente einzustellen, weil die Erfahrung und die Technologie [von Chipsubstraten] hier noch nicht verfügbar sind.“

Martin Stöckl, Personalchef von Infineon, sagt, dass die gesamte Lieferkette denselben Talenten nachjagen wird, was die Sache noch schlimmer macht. „Das Problem des Talentmangels ist in Europa ernst“, sagt er. „Wenn Sie schnell rechnen, werden wir [Infineon] eine neue Fabrik bauen, STMicroelectronics und Intel expandieren auch. Wir [Unternehmen] werden in den kommenden Jahren mindestens Tausende weitere Ingenieure und Techniker brauchen.“ 

Doch der Kampf ist noch lange nicht verloren, sagen Branchenführer.

Trotz aller Herausforderungen sind die Führungskräfte der Branche optimistisch, was die Aussichten Europas in dieser kritischen Branche angeht. Unternehmen wie ASML, Zeiss und Trumpf zu haben, ist kein schlechter Ausgangspunkt.

„Europa hat über die Jahre seine wirkliche Stärke bei der Ausrüstung für die Halbleiterfertigung bewahrt“, sagt ein hochrangiger Intel-Manager. „Das hat ihm wirklich eine Chance gegeben, wieder auf den Markt zu kommen, die er sonst nicht gehabt hätte. Ohne diese Brückenköpfe wäre es für Europa sehr, sehr schwierig gewesen, zurückzukommen.“

Zusätzliche Berichterstattung von Peggy Hollinger und Joe Miller

Kartografie und Datenvisualisierung von Liz Faunce und Alan Smith

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