Det globale mikrobrikkekappløpet: Europas forsøk på å ta igjen

I utkanten av en rolig skog en times kjøretur fra Stuttgart, hvor turstier snirkler seg gjennom trærne og over forsiktig bølgende åser, sitter et av Europas hemmelige våpen i det globale kappløpet om å utvikle verdens mest avanserte halvledere.

Oberkochen, en liten by med bare 8,000 innbyggere i den sørvestlige delstaten Baden-Württemberg, er hovedkvarteret til Carl Zeiss SMT, den eneste produsenten av speil og linser som brukes i verdens mest avanserte chipmaking-utstyr. De ultrapresise speilene og linsene er så nøyaktige at de er i stand til en presisjon som er 200 ganger større enn James Webb-romteleskopet.

Zeiss har "en unik kompetanse", sier Peter Wennink, administrerende direktør i ASML, det nederlandske selskapet som har et globalt monopol på produksjon av ekstrem ultrafiolett litografi (EUV)-maskiner som kreves for å lage banebrytende brikker - og er en av sine viktigste kunder.

Uten Zeiss-optikk, sier han at ASML ikke kunne lage sine EUV-maskiner, som bruker ultrafiolett lys for å skanne brikkedesign på silisiumskiver i en liten skala. Og uten ASML-maskiner ville det vært umulig å lage de mest avanserte brikkene som trengs for fremtidige teknologier som kunstig intelligens, autonom kjøring og kvantedatabehandling.

Avansert utstyr for chipfremstilling er en av Europas skjulte styrker ettersom land rundt om i verden prøver å ta en andel av en industri som er i sentrum av den moderne økonomien og som blir stadig mer besatt av geopolitisk risiko. 

Halvledermarkedet oversteg 500 milliarder dollar for første gang i 2021 og er estimert til å bli en trillion-dollar industri innen 2030, ifølge McKinsey.

Taiwan er det globale senteret for den mest avanserte chipmakingen. Når det gjelder halvledere under 10 nanometer – de ledende versjonene av teknologien – har Taiwan mer enn 90 prosent av den globale markedsandelen.

Men økende frykt for en eller annen form for kinesisk militær intervensjon i Taiwan har fått regjeringer fra USA, Japan og mange over hele Europa til å skynde seg for å stimulere til utvidelse av brikkeproduksjonen i deres land, noe som vekker bekymring for at for mye kapasitet vil komme i drift samtidig. tid.

For mange land er halvledere et spørsmål om nasjonal sikkerhet ettersom store deler av økonomien i økende grad er avhengig av funksjonaliteten de gir. Alvorlig mangel under pandemien har rammet produksjonen i et bredt spekter av globale industrier, fra smarttelefoner og personlige datamaskiner til servere og biler.

Europa er fast bestemt på å ikke bli etterlatt ettersom denne konkurransen øker. 

Tidligere i år avduket EU-kommisjonen en plan for å investere 43 milliarder euro i et forsøk på å friste verdens største brikkeprodusenter til å etablere fabrikker i blokken. Intel, den amerikanske brikkegiganten, har lovet en innledende investering på 33 milliarder euro i blokken, inkludert 17 milliarder euro for et meganettsted i Tyskland. Europeiske brikkeprodusenter som STMicroelectronics og Infineon utvider også sine anlegg i Europa. EU prøver også å lokke TSMC, verdens største kontraktsbrikkeprodusent, til å etablere store operasjoner i blokken.

Brussel håper investeringene vil doble EUs andel av det globale halvledermarkedet fra under 10 prosent i dag til 20 prosent innen 2030. Men viktigere enn markedsandeler er å redusere EUs avhengighet av produsenter i Asia som TSMC og Samsung kl. en tid da øst-vest spenninger kan utgjøre en potensiell trussel mot forsyningen.

Det er minst 81 nye brikkeanlegg som skal bygges mellom 2021 og 2025; 10 vil bli bygget i Europa, sammenlignet med 14 i USA og 21 i Taiwan, ifølge de siste dataene i september fra SEMI, en USA-basert halvlederindustriorganisasjon.

Sammen med kontinentets solide fundament innen kjemikalier og materialer, vil selskaper som Carl Zeiss SMT og ASML og deres forsyningskjeder være grunnleggende for Europas ambisjon om å bli en av verdens viktigste leverandører av den høyeste brikken.

Men det gjenstår viktige hull i Europas halvlederpush. Kapitalmengdene som kreves er formidable. Og selskapene som er ute etter å levere til flisfabrikkene advarer om at det ikke er nok fagarbeidere til å holde plantene i gang.

"Om vi ​​kan nå 20 prosent markedsandel innen 2030 er et spørsmålstegn, men det er økende press fordi det å ikke gjøre noe vil gjøre situasjonen enda verre," sier Lars Reger, teknologisjef i NXP Semiconductor, det Nederland-baserte selskapet .

"Det handler om relevans," sa Wennink ved ASML. "Du må holde deg relevant i den geopolitiske konteksten." 

Gir det mening?

Europas ambisiøse plan for mikrobrikker, som er bygget rundt European Chips Act, har ikke blitt møtt med universell godkjenning.

Noen kritikere, inkludert industriledere, har antydet at Europa sløser skattebetalernes penger. Langt bedre, hevder de, ville være å bruke pengene på å utvide kapasiteten til de modne brikketeknologiene som forbrukes av Europas egne industrier – som bilindustrien og industrielle applikasjoner – i stedet for å møte de enorme kostnadene ved å prøve å utvikle de nyeste brikkene. Nedgangen i Europas mobiltelefonindustri hadde etterlatt kontinentet uten åpenbare kunder for avanserte brikker.

Etter hvert som kostnadene ved å produsere flere og mer komplekse brikker har eskalert, "var færre selskaper i stand til å følge med", sier en leder for brikkeselskapet. "Mange av de som falt ut av løpet var i Europa."

Dette har gjort at Europas forsyningskjede ikke har noen av nøkkelfunksjonene som trengs for avansert halvlederproduksjon.

Yang Wang, senioranalytiker i London med konsulentselskapet Counterpoint Research, påpeker at det ikke er noen brikkedesignere i Europa som jobber i 7 nanometer og under noder versjoner av teknologien.

"Ingen av verdens 10 beste brikkedesignere er basert i Europa, mens USA er verdensledende innen halvlederdesign," sier han.

EU har eksisterende klynger av forsyningskjeder for halvledere, som Leuven i Belgia, Dresden i Tyskland og Grenoble i Frankrike, men Europa vil måtte øke funksjonaliteten for chipdesign og investering i økosystemet for avansert chipfremstilling samt investering i chip produserer selv, sier bransjeeksperter.

Finansiering er også en avgjørende faktor. Jo mer avansert brikken lages, jo mer kapitalkrevende er prosessen. For eksempel vil TSMCs kapitalutgifter for 2022 være 36 milliarder dollar, og denne måneden kunngjorde selskapet planer om å tredoble investeringen i Arizona fra 12 milliarder dollar til 40 milliarder dollar i de kommende årene, hvor det også vil bringe den mer avanserte 3nm-teknologien innen 2026.

USA vedtok i år sin egen Chips and Science Act, en pakke på 52.7 milliarder dollar med insentiver og skattelettelser.

Å bygge en forsyningskjede så komplisert som den som kreves for den mest avanserte brikketeknologien, vil ta år å bygge – og kreve enda mer støtte fra skattebetalerne, sier industriledere. Land som Kina, Taiwan og Sør-Korea har investert milliarder over flere tiår for å støtte sine brikkeprodusenter.

"The European Chips Act er et flott verktøy, fordi det setter oss på samme nivå av insentiver over hele verden," sier Jean-Marc Chery, administrerende direktør i STMicroelectronics, et Genève-basert selskap som leverer brikker til bil- og industrimarkedene med hovedsakelig modne teknologier. "Men hvis vi må bygge [avansert teknologi] og store fabrikker . . . da er det ikke særlig konkurransedyktig.» 

Men Europa starter ikke fra bunnen av.

EUs grep om avansert brikkeutstyr er en viktig fordel. Med EUV-maskiner fra ASML er verdens største brikkeprodusenter som TSMC, Samsung og Intel i stand til å utfordre fysikkens grenser, ved å pakke flere og flere prosesseringstransistorer på mindre og mindre brikker. I dag er den mest avanserte innen masseproduksjon 3nm - en referanse til størrelsen på hver transistor på en brikke - men teknologien tar dette til 2nm og under.

"Uten EUV-er ville du ikke kunne komme til disse store tetthetene av transistorer i en brikke," sier Thomas Stammler, teknologisjef i Zeiss. "Siden vi er den eneste som leverer EUV, tar vi dette også som en forpliktelse til å utvide og støtte chipindustrien. . . og vi jobber allerede med neste generasjon EUV.» 

Utover ASML og Zeiss, der ASML har en eierandel på 25 prosent, er Tysklands Trumpf verdensledende innen lasere som brukes av EUV-maskiner. Ved 220,000 40C er plasmaet skapt av Trumpfs lasere – brukt til å generere EUV-lys – nesten XNUMX ganger varmere enn overflaten til solen.

Slik avansert teknologi gjør det mulig for EUV-ene å hjelpe selskaper som Apple med å presse så mange som 16 milliarder transistorer på sentralenheten til MacBook i dag, sammenlignet med 1,000 transistorer i elektroniske enheter på 1970-tallet. 

Europa har også en sterk fordel i sin evne til å produsere de svært tilpassede, komplekse materialene og kjemikaliene som brukes i avansert flisproduksjon. Disse kommer hovedsakelig fra en håndfull europeiske selskaper som Merck, BASF og Solvay, og fra japanske selskaper som JSR og Shin-Etsu Chemical.

Det har også et av verdens fremste forskningsknutepunkter i IMEC, det nanoteknologiske forskningssenteret utenfor Brussel som brukes av de mest avanserte brikkeprodusentene til å bygge prototyper. Andre verdenskjente forskningssentre inkluderer Tysklands Fraunhofer-institutter og Frankrikes CEA-Leti.

Men det er fortsatt utfordringer. Andre land investerer langt mer enn de i Europa for å bygge opp sine egne chipmaking-evner, og økosystemer begynner allerede å utvikle seg rundt nye anlegg.

I Europa har kritiske kjemikalie- og materialleverandører vært tregere å investere enn de i USA og Taiwan. Noen i bransjen antyder at dette er fordi European Chips Act ikke i tilstrekkelig grad dekker investeringer utover flisproduksjon, eller fordi europeiske miljøforskrifter gjør det vanskeligere å utvide kjemiske anlegg. Og selvfølgelig har Europas gasskrise drevet opp allerede høye energipriser, og tvunget blokkens energiintensive kjemiske industri til å stenge eller stanse produksjonen av enkelte produkter. Å utvide i Europa akkurat nå er ikke attraktivt uten sterke insentiver, sier industriledere.

«Levering av kjemikalier til de nye halvlederfabrikkene krever investeringer i dedikerte eiendeler. Derfor vil mangel på statlig støtte definitivt være et hinder for leverandører av kjemikalier, sier Solvay-president Rodrigo Elizondo til Financial Times. "Etter vårt syn vil fraværet av en robust regional tilførsel av kjemikalier definitivt sette driften til europeiske halvlederfabrikker i fare."

BASF og Solvay forventer kjemikalie- og materialmangel i de kommende årene når den nye brikkekapasiteten øker, med mindre det investeres i disse områdene.

"Alle snakker om produksjon av halvledere, men det gis ikke nok oppmerksomhet til kjemikaliene som trengs for å produsere disse mikrobrikkene," sier Lothar Laupichler, BASFs senior visepresident for elektroniske materialer. "Det føles nesten som om kjemikalier blir sett på som vann eller elektrisitet, du åpner kranen og den kommer rett ut, men dette er en misforståelse." 

Kai Beckmann, medlem av hovedstyret i Merck og administrerende direktør for elektronikkdivisjonen, legger til: "Vi må se nærmere på dette sammen med EU, fordi vi snakker om svært høyt spesialisert materiale som kanskje ikke er godt fanget i Europeiske ambisjoner."

Finne personalet

Europa står overfor et enda mer grunnleggende problem: å finne nok dyktige arbeidere. En undersøkelse fra European Labour Authority av den største mangelen på arbeidskraft i EU fant at ingeniører og teknikere – pilarene i brikkeindustrien – var blant de fire største talentmangelene i 10 land.

Selskaper som Tysklands Infineon, Edwards Vacuum i Storbritannia, som er den avgjørende komponent- og delsystemleverandøren til ASML, og AT&S i Østerrike, en av de ledende leverandørene av high-end brikkesubstrater som halvledere er montert på, har alle advart om at utenlandsk talent vil være avgjørende for den videre utviklingen og bærekraften til Europas halvlederindustri.

Andreas Gerstenmayer, administrerende direktør i AT&S, sier at selskapet hans sliter med å finne de 800 dyktige arbeiderne det trenger til sitt nye forsknings- og utviklingssenter i Østerrike. "Vi må nå ut globalt for å ansette talent, fordi erfaringen og teknologien [av brikkesubstrater] er ennå ikke tilgjengelig her."

Martin Stöckl, Infineons personalsjef, sier at hele forsyningskjeden vil jage det samme talentet, noe som gjør saken verre. "Talentmangelspørsmålet er alvorlig i Europa," sier han. "Hvis du gjør en rask beregning, vil vi [Infineon] bygge en ny fabrikk, STMicroelectronics og Intel utvider også. Vi [bedrifter] vil trenge minst tusenvis flere ingeniører og teknikere i de kommende årene.» 

Likevel er kampen langt fra tapt, sier industriledere.

Til tross for alle utfordringene er bransjeledere optimistiske om Europas utsikter i denne kritiske bransjen. Å ha selskaper som ASML, Zeiss og Trumpf er ikke et dårlig sted å begynne.

"Europa har beholdt reell styrke gjennom årene innen halvlederproduksjonsutstyr," sier en seniorleder i Intel. "Det har virkelig gitt den en sjanse til å komme inn på markedet igjen som den ellers ikke ville hatt. Uten disse strandhodene ville det vært veldig, veldig vanskelig for Europa å komme tilbake.»

Ytterligere rapportering av Peggy Hollinger og Joe Miller

Kartografi og datavisualisering av Liz Faunce og Alan Smith

Det globale mikrobrikkekappløpet: Europas forsøk på å ta igjen Republisert fra kilde https://www.ft.com/content/b31e27fd-0781-4ffd-bb69-9af985abff41 via https://www.ft.com/companies/technology?format =rss

<!–

->