EU-Chipfertigung: Interview mit Dr. Horstmann von Globalfoundries

Nahe Dresden im "Silicon Saxony" stehen Halbleiterfertigungswerke etwa von Infineon, Bosch, X-Fab und Globalfoundries. Globalfoundries, der drittgrößte Chip-Auftragsfertiger der Welt, verarbeitet in seiner Fab 1 monatlich über 40.000 Wafer und erzeugt Mikrostrukturen bis hinab zu 22 Nanometern. Die Fab 1 entstand in den 1990er-Jahren als Werk für AMD-Prozessoren. Seither hat Globalfoundries in Wilschdorf mehr als 12 Milliarden US-Dollar investiert.

Im US-Bundesstaat New York fertigt Globalfoundries noch feinere Strukturen bis hinab zu 12 Nanometern. Die beiden größten Chip-Auftragsfertiger (Foundries) TSMC und Samsung Electronics beherrschen schon 5-Nanometer-Technik. Innerhalb der EU fertigt bisher jedoch Intel die feinsten Strukturen: nämlich 14-Nanometer-Prozessoren im irischen Leixlip. Dort baut Intel derzeit eine weitere große Fab, vermutlich für 7-Nanometer-Chips. Globalfoundries wiederum plant in den nächsten Jahren die Einführung der besonders sparsamen 12-Nanometer-Technik 12FDX und will zuvor die Kapazität der ausgelasteten Fab 1 verdoppeln. Das passt zu Plänen der Europäischen Kommission, die Chipfertigungskapazität in der EU zu steigern. Dabei geht es auch um digitale Souveränität, also um Unabhängigkeit von anderen Staaten bei der Versorgung mit Chips.

Dr. Manfred Horstmann leitet die Globalfoundries-Fab 1 in Dresden; er arbeitet schon seit AMD-Zeiten dort und kennt die Branche sehr gut. Daher haben wir ihm einige Fragen zur Chipfertigung gestellt.

c’t: Geht es bei den Ausbauplänen von Globalfoundries nur um Projekte im Rahmen des EU-Vorhabens IPCEI Mikroelektronik oder um mehr?

Dr. Manfred Horstmann: Lassen Sie mich mit dem "Big Picture" beginnen: Weltweit werden Investitionen in die Mikroelektronik seit Jahren massiv gefördert. Eine Volkswirtschaft, die Mikroelektronik "kann" in Bezug auf Forschung, Entwicklung, Produktion und dem nötigen Know-how zu Systemen und Integration, besitzt einen wichtigen Schlüssel zu wettbewerbs- und zukunftsfähigen Industrien.

Deutschland und Europa sind aber "late to the game" – seit mehr als zwei Jahrzehnten. Mit dem ersten IPCEI haben wir nach anfänglichen Verzögerungen ein sehr gutes Instrument gefunden, das den europäischen Chipsektor bei den hohen Investitionen unterstützt – und damit noch viel mehr die Industrien, deren Zukunft vom krisenfesten Zugang zur Mikroelektronik abhängt. Das zweite IPCEI sollte rasch starten: Der Rest der Welt wartet nicht, bis wir in Deutschland und Europa unsere komplexen Prozesse sortieren. Unsere Dresdner Ausbaupläne wollen wir im Rahmen des noch laufenden ersten IPCEI Mikroelektronik und dem geplanten zweiten realisieren.

c’t: Derzeit erweitern auch alle anderen großen Halbleiterhersteller und Auftragsfertiger ihre Kapazitäten mit Milliardensummen. Haben Sie keine Sorgen wegen des berühmten "Schweinezyklus", also wegen Überkapazitäten?

Horstmann: Ich glaube, wir erleben gerade einen gewaltigen weltweiten Digitalisierungsschub. Corona hat das beschleunigt: Digitale Schwächen traten wie unter einem Brennglas zutage. Wenn wir in der Zukunft auf 2020 zurückblicken, werden wir sicherlich zu dem Schluss kommen, dass es in diesem Jahr so viele Veränderungen gab wie sonst in einer Dekade.

Die Einsatzmöglichkeiten von Mikroelektronik wachsen quasi im Wochentakt. Denken Sie an die Qualität der Handykameras, die Präzision medizinischer Geräte oder die verschwindende Latenz, die mit 5G/6G kommt. Das eröffnet völlig neue Anwendungsfelder und Märkte. Oder denken Sie an die Alltags-Robotik, wo wir noch ganz am Anfang stehen. Kurzum, ich sehe keine Anzeichen für die Wiederkehr des Schweinezyklus, dafür sind vor allem die Foundries zu differenziert aufgestellt.

c’t: Die EU will ausdrücklich eine Chip-Fab zur Produktion besonders feiner Strukturen ansiedeln. Könnte Globalfoundries in Zukunft auch Strukturen kleiner als 12 Nanometer in Dresden fertigen?

Horstmann: Nanometer sind kein Selbstzweck – vor allem, wenn die einstelligen Nanometer-Ziffern vom Marketing getrieben sind. Der eigentliche Kern der europäischen Debatte lautet doch: Wie stellen wir sicher, dass unsere Industrien nicht in eine Schieflage geraten, weil wir keinen krisenfesten Zugang zu den benötigten Chips haben? Die Ereignisse der letzten Jahre zeigen, dass diese Krisenfestigkeit nicht mehr gegeben ist.

Die Tiefe und Breite der europäischen Industrie hat jedoch bis weit in das nächste Jahrzehnt ganz andere Bedürfnisse als 7, 5 oder gar 3 Nanometer – nach dem Motto "be smarter, not just smaller". Darauf haben wir unsere Dresdner Fab ausgerichtet: Drei starke Plattformen (22FDX und später 12FDX, 28SLP, 40/55) mit differenzierten Funktionalitäten wie High Voltage (HV), Hochfrequenz (RF), Radar, 5G/6G, Analog-Digital-Wandler (BCD), nichtflüchtiger Speicher (NVM), MRAM, RRAM, Mikro-LED, Edge AI, Encryption, Secure Payment und Image Sensing (ISP). Wir glauben, dass ein Dresdner Technologie-Korridor von 55 bis hinab zu 22/12 Nanometern Lösungen für 90 Prozent der Chips bereithält, die die europäische Industrie bis weit nach 2035 braucht. Wir haben damit die Lösungen parat oder in der Pipeline, die in den kommenden 15 Jahren benötigt werden.

c’t: Die europäischen Chiphersteller Infineon und STMicroelectronics sowie einige Branchenkenner kritisieren die EU-Pläne, eine Fab für besonders feine Strukturen in der EU anzusiedeln. Wie sehen Sie das?

Horstmann: Die Debatte um "2 Nanometer bis 2030" lenkt uns von wichtigen aktuellen Aufgaben ab. Ich begrüße die Ambitionen der EU-Kommission in der Mikroelektronik. Sie hat erkannt, dass europäische Fähigkeiten und Produktionskapazitäten in diesem Bereich systemrelevant sind. Viele Jahre waren nur Forschung und Entwicklung im Fokus, das ändert sich jetzt nach einem Dutzend Jahren an Diskussionen in Berlin und Brüssel. Ich sehe allerdings nicht, dass die Nachfrage aus Europa nach Chipstrukturen unter 10 Nanometern eine Fab füllen kann. Halbleiterwerke sind nur dann erfolgreich, wenn sie über eine "Economy of Scale" verfügen und mit sehr hoher Auslastung produzieren. Der europäische Bedarf besteht im Wesentlichen in den Bereichen Auto, Industrie 4.0, Energiewende, 5G/6G, KI/Machine Learning. Hier können wir europäische Positionen weiter stärken oder neu aufbauen mit Fertigungskapazität deutlich oberhalb von 12 Nanometern.

c’t: Welches sind die wichtigsten Kostenfaktoren, die die Chip-Fertigung in der EU teurer machen als anderswo?

Horstmann: Das lässt sich kurz und knapp zusammenfassen: Energie, Regulierung, Arbeits- und Sozialkosten. Solche Standortnachteile können wir aber durch "Bessermachen" kompensieren, etwa durch höhere Qualität und Produktivität. Wenige Prozent mehr Ausbeute pro Wafer gleichen schon einige Mehrkosten aus.

c’t: Globalfoundries betreibt mit Partnern eigene Gaskraftwerke zur Strom- und Wärmeversorgung der Fab 1. Stellt eine höhere CO2-Abgabe ein Problem dar? Wie wirken sich EU-Pläne für Klimaneutralität in 23 oder 28 Jahren aus?

Horstmann: Wir sind dabei, unsere Energieversorgung (Strom, Wärme, Kälte) grundlegend zu modernisieren und zukunftsfest zu machen. Ziel ist, CO2 um Größenordnungen zu reduzieren. Wir prüfen auch, ob in den Anlagen langfristig Wasserstoff eingesetzt werden kann.

c’t: Intel-Chef Pat Gelsinger soll mit EU-Binnenmarkt-Kommissar Thierry Breton über eine höhere Förderquote für die Ansiedelung neuer Chip-Fabs in der EU diskutiert haben. Wäre das hilfreich?

Horstmann: Im Vergleich mit dem Rest der Welt sind die deutschen und europäischen Budgets für Mikroelektronik in der Tat eher bescheiden. Ich sehe allerdings beim Bund den Willen, das Engagement deutlich zu erhöhen. Im Moment mache ich mir eher Sorgen um die Geschwindigkeit und die Konsequenz in der Umsetzung der industriepolitischen Strategie. Da verzetteln wir uns in der Optimierung unserer Prozesse. Ein stärkerer Fokus auf Resultate ist dringend geboten.

c’t: In Deutschland wird viel über "Chips für Autos" diskutiert. Solche Automotive-Chips haben jedoch keinen großen Anteil am gesamten Halbleitermarkt – wie hoch ist er ungefähr?

Horstmann: Sie haben recht: Apple allein konsumiert mehr Chips in einem Jahr als die gesamte weltweite Autoindustrie. Automotive gehört aber zu den am stärksten wachsenden Bereichen und wird auch für uns in Dresden immer wichtiger. Wir kooperieren bei Radar etwa mit Bosch.

c’t: Wie lange dauert es "von der Bestellung bis zum fertigen Chip" bei Ihren Produkten üblicherweise?

Horstmann: Das hängt von verschiedenen Faktoren ab: Ist das Produkt bereits in der Linie und voll qualifiziert, dann können wir zusätzliche Wafer nach etwa acht Wochen liefern – sofern wir die nötige Kapazität haben. Im Moment laufen wir bei 100 Prozent Auslastung, da sieht es anders aus. Ist das Produkt neu, dauert es sechs bis zwölf Monate; sind besondere Zertifizierungen nötig, wie bei Automotive, kann es länger dauern. Und wenn neue Produktionsanlagen nötig sind, müssen wir von deutlich längeren Zeiten ausgehen.

c’t Ausgabe 14/2021

In c’t 14/2021 zeigen wir, wie Sie unbehelligt von Cookies und Trackern surfen können. c't-Redakteur Mirko Dölle fand heraus, wie sich Apples AirTags als Stalking-Kit ummodeln lassen. Außerdem haben wir den Raspi als Backup-Server aufgerüstet, beleuchten die Technik und Infrastruktur zur Kartenzahlung und erklären, was Sie nach dem Ende von UMTS beachten sollten. Ausgabe 14/2021 finden Sie ab dem 18. Juni im Heise-Shop und am gut sortierten Zeitschriftenkiosk.

(ciw)