Status Quo

Mehr als Moore

„Integrierte Schaltungen werden zu Wundern wie Heimcomputern, automatischen Steuerungen für Autos und tragbaren persönlichen Kommunikationsgeräten führen.“ Gordon Moore, damals Mitinhaber der von ihm gegründeten Firma Fairchild Semiconductors, schrieb diesen Satz in einem 1965 veröffentlichten Fachbeitrag. Seine These: Die Zahl integrierter Schaltkreise auf einem Computerchip ließe sich jedes Jahr verdoppeln, ohne dass die Herstellkosten stiegen. Mehr als ein halbes Jahrhundert später kann man nur feststellen: Das nach dem studierten Chemiker und späteren Intel-Gründer benannte Moore’sche Gesetz stimmt zwar nicht ganz – das Zeitintervall beträgt in der Realität eher 20 Monate –, aber das Vorhergesagte ist eingetreten.

„Wir werden weiterhin einen Wettbewerb um die kleinsten Schaltkreise der Welt beobachten, allerdings sinkt dabei der Wert des Leistungszuwachses sowohl für den Anbieter als auch für den Nutzer.”

Mart Graef, Technische Universität Delft

Mittlerweile gibt es jedoch Anzeichen, dass „More Moore“ – wie die Entwicklungsrichtung des „Weiter, höher, schneller“ in der Halbleitertechnik genannt wird – an Grenzen gerät. Die Investitionskosten für eine weitere Verkleinerung der Komponenten steigen. Schon heute verschlingt die Investition in eine Fabrik für Standard-Speicherchips zweistellige Milliardenbeträge. 450-Millimeter-Wafer, lange als Zukunftstechnologie gehandelt, werden nirgends hergestellt oder verarbeitet, weil immer dünnere Siliziumschichten den Aufwand bei steigendem Wafer-Durchmesser deutlich erhöhen würden. Allerdings: Kaum ein Experte rechnet vorerst mit einem Ende des Zyklus aus immer schnelleren Chips und immer leistungshungrigeren Anwendungen. „Wir werden weiterhin einen Wettbewerb um die kleinsten Schaltkreise der Welt beobachten“, sagt Mart Graef, der die strategische Forschungsplanung an der Technischen Universität Delft verantwortet. „Allerdings sinkt dabei der Wert des Leistungszuwachses sowohl für den Anbieter als auch für den Nutzer.“

Graef sorgte selbst für Furore, als er vor rund 15 Jahren mit fünf weiteren Autoren ein Papier mit der provokanten Überschrift „More than Moore“ veröffentlichte. Die Experten kritisierten die international üblichen Technologie-Roadmaps, die lediglich auf mehr Rechenkraft der elektronischen Komponenten abgestellt waren. Stattdessen müsse man künftig auch die Funktionszunahme jener Chips berücksichtigen, die mehr können als nur rechnen oder speichern. So können Spezialchips beispielsweise Licht erkennen und bilden damit die Grundlage für jede moderne Kameratechnik. Das Problem solcher Komponenten: Es ist wesentlich schwieriger, eindeutige Kriterien für die Weiterentwicklung festzulegen. Graef plädiert daher dafür, die Weiterentwicklung anwendungsspezifisch zu betrachten und zu fördern. „,More than Moore’ ist das Geschäftsmodell der europäischen Mikroelektronik, deshalb sollte es auch im Zentrum der Forschung stehen.“ Universitäten, Halbleiterindustrie und deren Abnehmer sollten daher eng verzahnt arbeiten. Besonders große Chancen sieht Graef dafür in der Medizin- und in der Automobiltechnik. Chips, die mehr können als rechnen und speichern, sollen dazu beitragen, den Klimawandel und die Kosten im Gesundheitswesen im Griff zu behalten.

„Silodenken ist normal, aber durch den Austausch verstehen wir sowohl die Ambitionen als auch die Nöte der Unternehmen besser, mit denen wir zusammenarbeiten.”

Bernd Enser, Semikron

So betrachtet, erschrecken die nackten Zahlen weitaus weniger. Zwar entfallen nur acht Prozent der weltweiten Wafer-Produktionskapazität auf die europäische Union. Doch Christoph Stoppok, im ZVEI für die Mikroelektronik verantwortlich, zeichnet ein anderes Bild: „Wir beobachten eine weltweite Arbeitsteilung.“ Selbst wenn auch die Standardchips für die Unterhaltungselektronik nahezu ausnahmslos in Asien und den USA produziert würden, hätte Europa noch immer die Spitzenposition inne, wenn es um Spezialchips etwa für Autos, Industrieanlagen oder die Medizintechnik gehe. Und auch bei anderen Elektronikkomponenten wie Leiterplatten oder passiven Bauelementen steige der Marktanteil der Europäer, je komplexer die Anwendung werde. Doch in Sicherheit wiegen will sich der Geschäftsführer des ZVEI-Fachverbands Electronic Components and Systems nicht. „Es gibt definitiv einen weltweiten Förderwettbewerb auch bei More-than-Moore-Technologien. Wir sind deshalb in kontinuierlichen Gesprächen mit der Politik.“ Die haben unter anderem zu einem neuen Modell der Forschungsförderung geführt, dem „Important Projects of Common European Interest“ (siehe dazu Bericht auf Seite 16). Zudem sollte Stoppok zufolge auch bei den Standardchips darauf geachtet werden, dass keine einseitigen Abhängigkeiten entstehen. „Wollen wir in einer Welt leben, in der die gesamte europäische Industrie von nur zwei Produzenten abhängig ist, von denen einer in den USA und der andere in Fernost sitzt?“ Es gehe nicht um Autarkie, fügt Stoppok hinzu, sondern um Souveränität. „Sollten hierfür More-Moore-Projekte gefördert werden, darf das allerdings keineswegs zu Lasten von More-than-Moore gehen.“

Nicht mit Geld, sondern mit der Organisation von Wissensaustausch will der Verband selbst dazu beitragen, die Mikroelektronik in Deutschland zu stärken. Daher veröffentlicht der ZVEI eine Technologie-Roadmap. Die letzte Fassung, fertiggestellt im Sommer 2019, behandelt auf mehr als 300 Seiten nicht nur Chips und Bauelemente, sondern auch Anwendungen, und Software. Die Roadmap zeigt darüber hinaus, welche neuen Technologien am Horizont erscheinen und in welchen Anwendungsfeldern sie nützlich sein könnten. „Wir sprechen über wahrscheinlich mögliche Entwicklungen, nicht über Wissen“, so Stoppok. 

„Silodenken ist normal“, sagt Bernd Enser, der an der Roadmap mitgearbeitet hat. „Aber durch den Austausch verstehen wir sowohl die Ambitionen als auch die Nöte der Unternehmen besser, mit denen wir zusammenarbeiten.“ Ein Beispiel: Die besten Bauelemente können nicht zum Einsatz kommen, wenn die Aufbau- und Verbindungstechnik es nicht ermöglichen, sie in ein Steuergerät zu integrieren. Enser leitet das operative Geschäft des auf Leistungselektronik spezialisierten Anbieters Semikron – mit etwas mehr als einer halben Milliarde Euro Umsatz heute die Nummer vier im globalen Modulgeschäft. Das mittelständische Unternehmen ist überall dort vertreten, wo es auf besonders hohe Leistungsdichte und absolute Zuverlässigkeit ankommt: In Offshore-Windkraftanlagen genauso wie in medizintechnischen Apparaten, Hochgeschwindigkeitszügen, Breitband-Industrieanwendungen oder auch im Automobil. „Aber klar gibt es für uns Grenzen des Wachstums“, räumt Enser ein, der lange selbst für einen US-amerikanischen Produktionsdienstleister der Elektronikbranche gearbeitet hat. Sich selbstgerecht auf die eigene Produktqualität zu verlassen, kommt für ihn nicht infrage. „Wir stehen auch bei Qualitätsprodukten in einem ernsthaften Wettbewerb mit chinesischen Anbietern“, so Enser. Zudem nähme der Kampf um Ressourcen zu, nicht nur um Rohstoffe, sondern auch um gut ausgebildete Fachleute. Daher setzt Enser auf kundenspezifische Lösungen, die in enger Zusammenarbeit mit den Maschinenherstellern entstehen. „More than Moore“ eben.

Text: Johannes Winterhagen


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