De wereldwijde microchiprace: de poging van Europa om de achterstand in te halen

Aan de rand van een rustig bos op een uur rijden van Stuttgart, waar wandelpaden door de bomen en over glooiende heuvels slingeren, bevindt zich een van Europa's geheime wapens in de wereldwijde race om 's werelds meest geavanceerde halfgeleiders te ontwikkelen.

Oberkochen, een klein stadje met slechts 8,000 inwoners in de zuidwestelijke deelstaat Baden-Württemberg, is het hoofdkantoor van Carl Zeiss SMT, de enige fabrikant van de spiegels en lenzen die worden gebruikt in 's werelds meest geavanceerde apparatuur voor het maken van chips. De ultraprecieze spiegels en lenzen zijn zo nauwkeurig dat ze in staat zijn tot een precisie die 200 keer groter is dan die van de James Webb Space Telescope.

Zeiss heeft "een unieke competentie", zegt Peter Wennink, CEO van ASML, het in Nederland gevestigde bedrijf dat een wereldwijd monopolie heeft op de productie van de machines voor extreme ultraviolette lithografie (EUV) die nodig zijn om geavanceerde chips te maken. belangrijkste klanten.

Zonder Zeiss-optica zou ASML zijn EUV-machines niet kunnen maken, die ultraviolet licht gebruiken om chipontwerpen op kleine schaal op siliciumwafels te scannen. En zonder ASML-machines zou het onmogelijk zijn om de meest geavanceerde chips te maken die nodig zijn voor toekomstige technologieën zoals kunstmatige intelligentie, autonoom rijden en quantum computing.

Geavanceerde apparatuur voor het maken van chips is een van de verborgen sterke punten van Europa, aangezien landen over de hele wereld proberen een deel van een industrie te veroveren die centraal staat in de moderne economie en die steeds meer wordt doorspekt met geopolitieke risico's. 

De halfgeleidermarkt overschreed in 500 voor het eerst de $2021 miljard en zal volgens McKinsey tegen 2030 naar schatting een miljardenindustrie worden.

Taiwan is het wereldwijde centrum voor de meest geavanceerde chipproductie. In termen van halfgeleiders kleiner dan 10 nanometer - de toonaangevende versies van de technologie - heeft Taiwan meer dan 90 procent van het wereldwijde marktaandeel in handen.

Maar de groeiende angst voor een of andere vorm van Chinese militaire interventie in Taiwan heeft regeringen uit de VS, Japan en velen in heel Europa ertoe aangezet om zich te haasten om de uitbreiding van de chipproductie in hun land te stimuleren, waardoor de bezorgdheid wordt geuit dat er tegelijkertijd te veel capaciteit beschikbaar zal komen. tijd.

Voor veel landen zijn halfgeleiders een kwestie van nationale veiligheid, aangezien grote delen van de economie steeds meer afhankelijk zijn van de functionaliteit die ze bieden. Ernstige tekorten tijdens de pandemie hebben de productie in een breed scala van wereldwijde industrieën getroffen, van smartphones en pc's tot servers en auto's.

Europa is vastbesloten om niet achter te blijven terwijl deze wedstrijd in een stroomversnelling komt. 

Eerder dit jaar onthulde de Europese Commissie een plan om 43 miljard euro te investeren in een poging om 's werelds grootste chipmakers te verleiden om fabrieken in het blok op te zetten. Intel, de Amerikaanse chipgigant, heeft een initiële investering van € 33 miljard in het blok toegezegd, inclusief € 17 miljard voor een megasite in Duitsland. Ook Europese chipmakers als STMicroelectronics en Infineon breiden hun faciliteiten in Europa uit. De EU probeert ook TSMC, 's werelds grootste contractchipmaker, over te halen om grootschalige operaties in het blok op te zetten.

Brussel hoopt dat de investeringen het aandeel van de EU op de wereldmarkt voor halfgeleiders zullen verdubbelen van minder dan 10 procent vandaag tot 20 procent in 2030. Maar belangrijker dan het marktaandeel is het verminderen van de afhankelijkheid van de EU van producenten in Azië zoals TSMC en Samsung tegen een tijd waarin de spanningen tussen oost en west een potentiële bedreiging voor de bevoorrading zouden kunnen vormen.

Tussen 81 en 2021 moeten er minstens 2025 nieuwe chipfaciliteiten worden gebouwd; Er zullen er 10 in Europa worden gebouwd, vergeleken met 14 in de VS en 21 in Taiwan, volgens de meest recente gegevens in september van SEMI, een in de VS gevestigde organisatie voor de halfgeleiderindustrie.

Samen met de solide fundamenten van het continent op het gebied van chemicaliën en materialen, zullen bedrijven als Carl Zeiss SMT en ASML en hun toeleveringsketens van fundamenteel belang zijn voor Europa's ambitie om een ​​van 's werelds belangrijkste leveranciers van de allerbeste chips te worden.

Maar er blijven belangrijke hiaten in de Europese opmars van halfgeleiders. De vereiste kapitaalbedragen zijn formidabel. En de bedrijven die de frituurfabrieken willen bevoorraden, waarschuwen dat er niet genoeg geschoolde arbeiders zijn om hun fabrieken draaiende te houden.

"Of we in 20 een marktaandeel van 2030 procent kunnen bereiken, is een vraagteken, maar de druk neemt toe, omdat niets doen de situatie nog erger zal maken", zegt Lars Reger, chief technology officer bij NXP Semiconductor, het in Nederland gevestigde bedrijf .

"Het draait allemaal om relevantie", zegt Wennink bij ASML. “Je moet relevant blijven in de geopolitieke context.” 

Is het logisch?

Europa's ambitieuze plan voor microchips, dat is gebouwd rond de Europese Chipwet, heeft niet universele goedkeuring gekregen.

Sommige critici, waaronder leidinggevenden uit de industrie, hebben gesuggereerd dat Europa aan het wegkwijnen was geld van de belastingbetaler. Het zou volgens hen veel beter zijn om het geld te besteden aan het vergroten van de capaciteit van de volwassen chiptechnologieën die worden gebruikt door Europa's eigen industrieën - zoals auto- en industriële toepassingen - in plaats van de enorme kosten te dragen om de nieuwste chips te ontwikkelen. Door de achteruitgang van de Europese mobiele-telefoonindustrie had het continent geen duidelijke klanten meer voor geavanceerde chips.

Naarmate de kosten voor het produceren van steeds complexere chips zijn gestegen, "konden minder bedrijven het bijbenen", zegt een leidinggevende van een chipbedrijf. "Veel van degenen die uit de race vielen, waren in Europa."

Hierdoor ontbreekt het de Europese toeleveringsketen aan enkele van de belangrijkste capaciteiten die nodig zijn voor geavanceerde halfgeleiderproductie.

Yang Wang, senior analist in Londen bij adviesbureau Counterpoint Research, wijst erop dat er in Europa geen chipontwerpers zijn die werken met versies van de technologie van 7 nanometer en lager.

"Geen van 's werelds top 10 chipontwerpers is gevestigd in Europa, terwijl de VS wereldleider is op het gebied van halfgeleiderontwerpen", zegt hij.

De EU heeft bestaande clusters van toeleveringsketens voor halfgeleiders, zoals Leuven in België, Dresden in Duitsland en Grenoble in Frankrijk, maar Europa zal zijn capaciteiten op het gebied van chipontwerp moeten opvoeren, en moeten investeren in het ecosysteem voor geavanceerde chipproductie en ook moeten investeren in chiptechnologie. zelf produceren, zeggen experts uit de industrie.

Financiering is ook een cruciale factor. Hoe geavanceerder de chip die wordt gemaakt, hoe kapitaalintensiever het proces is. Zo zullen de kapitaaluitgaven van TSMC voor 2022 $ 36 miljard bedragen, en deze maand kondigde het bedrijf plannen aan om zijn investering in Arizona de komende jaren te verdrievoudigen van $ 12 miljard naar $ 40 miljard, waar het tegen 3 ook de meer geavanceerde 2026nm-technologie zal brengen.

De VS hebben dit jaar hun eigen Chips and Science Act aangenomen, een pakket van 52.7 miljard dollar aan incentives en belastingvoordelen.

Het bouwen van een toeleveringsketen die zo ingewikkeld is als die welke nodig is voor de meest geavanceerde chiptechnologie, zal jaren in beslag nemen en zelfs nog meer belastingbetalersteun vergen, zeggen leidinggevenden uit de industrie. Landen als China, Taiwan en Zuid-Korea hebben de afgelopen decennia miljarden geïnvesteerd om hun chipfabrikanten te ondersteunen.

"De Europese Chipwet is een geweldig instrument, omdat het ons wereldwijd op hetzelfde niveau van prikkels plaatst", zegt Jean-Marc Chery, CEO van STMicroelectronics, een in Genève gevestigd bedrijf dat chips levert voor de auto- en industriële markten met voornamelijk volwassen technologieën. “Maar als we [geavanceerde technologie] en enorme fabrieken moeten bouwen . . . dan is het niet erg competitief.” 

Maar Europa begint niet vanaf nul.

De greep van de EU op geavanceerde chipapparatuur is een belangrijk voordeel. Met EUV-machines van ASML zijn 's werelds grootste chipmakers zoals TSMC, Samsung en Intel in staat de grenzen van de fysica op te zoeken door steeds meer verwerkingstransistors in steeds kleinere chips te stoppen. Tegenwoordig is de meest geavanceerde massaproductie 3nm - een verwijzing naar de grootte van elke transistor op een chip - maar de technologie brengt dit naar 2nm en lager.

"Zonder EUV's zou je deze grote dichtheden van transistors in een chip niet kunnen bereiken", zegt Thomas Stammler, Chief Technology Officer van Zeiss. “Aangezien wij de enige zijn die EUV levert, zien wij dit ook als een verplichting om de chipindustrie uit te breiden en te ondersteunen. . . en we werken al aan de volgende generatie EUV.” 

Naast ASML en Zeiss, waarin ASML een belang van 25 procent heeft, is de Duitse Trumpf een wereldleider op het gebied van lasers die worden gebruikt door EUV-machines. Bij 220,000C is het plasma gecreëerd door de lasers van Trumpf - gebruikt om EUV-licht te genereren - bijna 40 keer heter dan het oppervlak van de zon.

Dergelijke geavanceerde technologie stelt de EUV's in staat om bedrijven zoals Apple te helpen maar liefst 16 miljard transistors op de centrale verwerkingseenheid van zijn MacBook te persen, vergeleken met 1,000 transistors in de elektronische apparaten in de jaren zeventig. 

Europa heeft ook een sterk voordeel in zijn vermogen om de zeer op maat gemaakte, complexe materialen en chemicaliën te produceren die worden gebruikt bij het maken van geavanceerde chips. Die zijn vooral afkomstig van een handvol Europese bedrijven als Merck, BASF en Solvay, en van Japanse bedrijven als JSR en Shin-Etsu Chemical.

Het heeft ook een van 's werelds belangrijkste onderzoekscentra in IMEC, het onderzoekscentrum voor nanotechnologie buiten Brussel dat door de meest geavanceerde chipmakers wordt gebruikt om prototypes te bouwen. Andere wereldberoemde onderzoekscentra zijn de Duitse Fraunhofer-instituten en het Franse CEA-Leti.

Maar er zijn nog steeds uitdagingen. Andere landen investeren veel meer dan die in Europa om hun eigen capaciteiten voor het maken van chips op te bouwen, en er beginnen zich al ecosystemen te ontwikkelen rond nieuwe fabrieken.

In Europa zijn kritische chemische en materiaalleveranciers langzamer geweest met investeren dan die in de VS en Taiwan. Sommigen in de industrie suggereren dat dit komt doordat de Europese Chipswet niet voldoende investeringen dekt die verder gaan dan het maken van chips, of omdat Europese milieuregelgeving het uitbreiden van chemische faciliteiten bemoeilijkt. En natuurlijk heeft de gascrisis in Europa de toch al hoge energieprijzen opgedreven, waardoor de energie-intensieve chemische industrie van het blok gedwongen werd de productie van sommige producten stop te zetten of op te schorten. Uitbreiden in Europa is op dit moment niet aantrekkelijk zonder sterke prikkels, zeggen leidinggevenden in de sector.

“De levering van chemicaliën aan de nieuwe halfgeleiderfabrieken vereist investeringen in speciale activa. Daarom zou een gebrek aan staatssteun zeker een hindernis zijn voor leveranciers van chemicaliën”, zegt Rodrigo Elizondo, president van Solvay, tegen de Financial Times. "Naar onze mening zal het ontbreken van een robuust regionaal aanbod van chemicaliën de activiteiten van Europese halfgeleiderfabrieken zeker in gevaar brengen."

BASF en Solvay verwachten de komende jaren tekorten aan chemicaliën en materialen wanneer de nieuwe chipcapaciteiten toenemen, tenzij er in deze gebieden wordt geïnvesteerd.

"Iedereen heeft het over de fabricage van halfgeleiders, maar er wordt niet genoeg aandacht besteed aan de chemicaliën die nodig zijn om deze microchips te produceren", zegt Lothar Laupichler, senior vice-president elektronische materialen van BASF. "Het voelt bijna alsof chemicaliën worden bekeken als water of elektriciteit, je opent de kraan en het komt er regelrecht uit, maar dit is een misvatting." 

Kai Beckmann, lid van de raad van bestuur van Merck en CEO van de elektronicadivisie, voegt eraan toe: “We moeten dit samen met de Europese Unie onderzoeken, omdat we het hebben over zeer gespecialiseerd materiaal dat misschien niet goed is vastgelegd in de Europese ambities.”

Het vinden van het personeel

Europa staat voor een nog fundamenteler probleem: het vinden van voldoende geschoolde arbeidskrachten. Uit een onderzoek van de Europese Arbeidsautoriteit naar de grootste tekorten aan arbeidskrachten in de EU bleek dat ingenieurs en technici — de pijlers van de chipindustrie — tot de top vier van tekorten aan talent in 10 landen behoorden.

Bedrijven zoals het Duitse Infineon, Edwards Vacuum in het Verenigd Koninkrijk, de cruciale leverancier van componenten en subsystemen voor ASML, en AT&S in Oostenrijk, een van de toonaangevende leveranciers van hoogwaardige chipsubstraten waarop halfgeleiders worden gemonteerd, hebben allemaal gewaarschuwd dat buitenlands talent zal cruciaal zijn voor de verdere ontwikkeling en duurzaamheid van de Europese halfgeleiderindustrie.

Andreas Gerstenmayer, CEO van AT&S, zegt dat zijn bedrijf moeite heeft om de 800 geschoolde werknemers te vinden die het nodig heeft voor zijn nieuwe onderzoeks- en ontwikkelingscentrum in Oostenrijk. "We moeten wereldwijd de hand reiken om talent aan te nemen, omdat de ervaring en de technologie [van chipsubstraten] hier nog niet beschikbaar zijn."

Martin Stöckl, de human resources-baas van Infineon, zegt dat de hele toeleveringsketen op hetzelfde talent zal jagen, wat de zaken nog erger maakt. "Het probleem van het tekort aan talent is ernstig in Europa", zegt hij. “Als je een snelle berekening maakt, bouwen wij [Infineon] een nieuwe fab, STMicroelectronics en Intel breiden ook uit. Wij [bedrijven] zullen de komende jaren minstens duizenden ingenieurs en technici nodig hebben.” 

Toch is de strijd nog lang niet verloren, zeggen leidinggevenden in de branche.

Ondanks alle uitdagingen zijn leidinggevenden in de sector optimistisch over de vooruitzichten van Europa in deze kritieke sector. Het hebben van bedrijven als ASML, Zeiss en Trumpf is geen slechte plek om te beginnen.

"Europa heeft door de jaren heen echt zijn kracht behouden op het gebied van apparatuur voor de productie van halfgeleiders", zegt een senior Intel-manager. “Dat heeft het echt een kans gegeven om opnieuw de markt te betreden die het anders niet had gehad. Zonder die bruggenhoofden zou het heel, heel moeilijk zijn geweest voor Europa om terug te komen.”

Aanvullende rapportage door Peggy Hollinger en Joe Miller

Cartografie en datavisualisatie door Liz Faunce en Alan Smith

De wereldwijde microchiprace: Europa's poging om de achterstand in te halen Heruitgegeven van Bron https://www.ft.com/content/b31e27fd-0781-4ffd-bb69-9af985abff41 via https://www.ft.com/companies/technology?format =rss

<!–

->