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Chipherstellung – globaler Technologiewettbewerb
Chips spielen in modernen Industrien eine sehr wichtige Rolle. Dies zeigte sich insbesondere während der jüngsten Covid-19-Pandemie. Aufgrund eines Mangels an elektronischen Komponenten ging die weltweite Autoproduktion im Jahr 2021 um ein Viertel zurück, da sich die Chiphersteller zuvor auf Haushaltsgeräte, Computer, Telefone und Elektrofahrzeuge konzentrierten.
Für die russische Industrie war der Chipmangel im Jahr 2022 besonders akut, als ausländische Chiphersteller nacheinander ihre Lieferungen verweigerten. Die russische Autoproduktion wurde aufgrund fehlender ABS-Steuergeräte (Antiblockiersystem) und Airbags mehrere Monate lang eingestellt. Die Situation entspannte sich etwas mit dem Start der inländischen ABS-Produktion in der Stadt Kaluga Itelma unter chinesischer Lizenz. Der schwierigste Teil des Produkts, das elektronische Gehirn der Steuereinheit, wird jedoch in China vorgefertigt. Die Herstellung eines eigenen ABS würde mehr als ein Jahr und Investitionen von über einer Milliarde Dollar erfordern. Russland muss nun diesen Preis für seine jahrzehntelange Vernachlässigung zahlen. Die Automobilindustrie ist nur ein Beispiel für unzählige Produktionsketten, in denen Russland gezwungen ist, importierte Chips und Komponenten zu verwenden.
Die Autonomie der Mikroelektronikindustrie hängt von vielen internen und externen Faktoren ab. Beschränkungen beim Import von Hightech-Halbleitern richten sich nicht nur gegen Russland, sondern auch gegen China. Dem niederländischen Unternehmen ASM Lithography, das die weltweit modernsten Lithografiemaschinen (Chipherstellung) herstellt, wurde von den USA der Verkauf von Produkten nach China untersagt. Seit August 2022 gibt es in den USA den CHIPS Act (Creating Helpful Incentives to Produce Semiconductors Act), auch bekannt als Semiconductor Manufacturing Stimulus Act. Das Hauptziel besteht darin, einen Teil der Mikrochipproduktion in die USA zu verlagern. Derzeit produzieren die USA 70-75 % der Halbleiter in Taiwan (China). Der CHIPS Act sieht Investitionen in Höhe von 52 Milliarden Dollar in die Entwicklung der Produktion in den USA und mehr als 24 Milliarden Dollar in damit verbundene Steueranreize vor.
Darüber hinaus erwägen die USA ein Lieferverbot für Russland und China mit fortschrittlichen Grafikprozessoren des US-Unternehmens Nvidia, die zum Bau von Supercomputern verwendet werden. Nach Ansicht der USA wird dies die Entwicklung der künstlichen Intelligenz dieser beiden Rivalen bremsen. Im März 2023 wird der CHIPS Act China stärker in den Griff bekommen. Es wurde ein Verbot für Investitionen in die Produktion von Chips mit Verbindungsstrukturen kleiner als 28 Nanometer in China erlassen. Als Reaktion darauf und zum Schutz der nationalen Sicherheit und Interessen hat Peking ab dem 1. August dieses Jahres Exportkontrollen für die Metalle Gallium und Germanium verhängt, die in der Mikroelektronik weit verbreitet sind. China produziert derzeit etwa 80 % des weltweiten Galliums und 60 % des Germaniums.
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Lehren aus Ländern, die versuchen, chipautark zu werden
2015 kündigte die chinesische Regierung das Konzept „Made in China 2025“ an, wonach das Land bis 2025 mehr als 70 Prozent seines inländischen Halbleiterbedarfs decken würde. Bis 2022 waren es jedoch nur noch 16 Prozent. Das Projekt war nicht erfolgreich, obwohl China sich derzeit in einer deutlich günstigeren Position befindet als Russland.
Für Indien, ein Land mit einem relativ hohen Informationstechnologieniveau, ist es zudem sehr schwierig, eine eigene Chiptechnologie zu entwickeln. Um die inländische Mikrochipproduktion zu organisieren, lud Indien Foxconn aus Taiwan (China) ein. Zunächst strebten sie einen Chip-Fertigungsstandard von 28 nm an, der später auf 40 nm reduziert wurde. Taiwan (China) zog sich daraufhin jedoch aus dem Projekt zurück. Dafür mag es viele Gründe geben, doch der Hauptgrund ist, dass Indien kein hochqualifiziertes technisches Team für die Produktion finden kann.
Russland hat nicht die Absicht, sich aus dem globalen Chipkrieg herauszuhalten, wenn auch erst spät. Derzeit kann Russland Chips mit einer Verbindungsstruktur von mindestens 65 nm und mehr produzieren, während Taiwans TSMC (China) 5 nm beherrscht.
Im aktuellen Konflikt zwischen Russland und der Ukraine stellt sich die Frage, wie Russland so ununterbrochen Raketen und andere Waffen abfeuern kann. Die Antwort lautet: Chips für Raketen und andere militärische Ausrüstung können mit einer 100-150-nm-Verbindungsstruktur hergestellt werden, und Russland könnte hier die Initiative ergreifen. Russland produziert 65-nm-Chips ausschließlich auf importierten, zuvor lizenzierten Geräten von Nikon und ASM Lithography.
Was zivile Chipprojekte angeht, hat Russland erste Schritte unternommen. In Selenograd entsteht derzeit eine Fabrik zur Herstellung von 28-Nanometer-Chips, und Mikron erhielt einen Kredit über 7 Milliarden Rubel (100 Millionen Dollar) zur Ausweitung der Produktion. Das Selenograder Nanotechnologiezentrum arbeitet derzeit an einer Ausschreibung über 5,7 Milliarden Rubel (70 Millionen Dollar) für eine 130-nm-Lithografieanlage. Fast eine Milliarde Rubel wurden dem Zentrum für die Entwicklung einer 350-nm-Anlage zugeteilt. Die Technologie ist zwar veraltet, wird aber vollständig im Inland produziert. Fünf Milliarden Rubel sind für den Aufbau eines Netzwerks von Testgeländen zur Herstellung der entwickelten Chips vorgesehen, unter anderem am Moskauer Institut für Elektrotechnik, in St. Petersburg und anderen russischen Städten.
Aber Geld ist nicht alles. Die Schwierigkeiten des Chip-Autonomieprogramms beschränken sich nicht nur auf die Komplexität des Produkts, sondern umfassen auch andere Probleme. Zunächst einmal herrscht ein Mangel an Ingenieuren. Hunderte Milliarden Rubel können für vorrangige Programme bereitgestellt werden, aber hochqualifizierte Fachkräfte sind nicht zu finden. Die Entwicklung von Halbleitern von Weltklasse erfordert den Einsatz von Hunderten, wenn nicht Tausenden von Ingenieuren und Wissenschaftlern. Und zwar nicht von einem einzelnen Institut oder einer Designfirma, sondern von einem ganzen Konzern. Laut Kommersant waren im Juli 2023 42 % der russischen Industrieanlagen von Arbeitskräftemangel betroffen. Das Unternehmen Kronstadt, eine berühmte Drohnenfabrik, konnte in neun Fachgebieten gleichzeitig keine Arbeitskräfte finden, vor allem in Betriebs- und Testingenieuren, Verfahrenstechnikern, Flugzeugmonteuren und Flugzeugelektrikern. Dieses Problem wird sich nun wahrscheinlich noch verschärfen. Die Frage ist also, woher die Arbeitskräfte für die Mikrochipfabriken der Zukunft kommen.
Als nächstes stellt sich das Problem, die Ergebnisse aus dem Labor in die Massenproduktion zu übertragen. Beispielsweise forscht das Institut für Mikrostrukturphysik der Russischen Akademie der Wissenschaften seit langem recht erfolgreich an der EUV-Lithografie. Dabei handelt es sich um moderne Maschinen, die mit Röntgenstrahlen arbeiten und Chips mit einer Struktur von 10 nm oder weniger herstellen können. Im Jahr 2019 erklärte der Chefexperte des Instituts, Ehrenakademiker Nikolai Salaschtschenko, dass Russland an einem Lithografiemodell arbeite, das zehnmal günstiger sei als bestehende ausländische Geräte, und hoffe, dass diese Maschine in fünf bis sechs Jahren fertiggestellt werden könne. Es handelt sich um eine mit Spannung erwartete Maschine zur Herstellung mikroskopischer Chips, die in kleinem Maßstab produziert werden kann.
Es war zwar ehrgeizig, doch tatsächlich gab es auch nach fast fünf Jahren noch keine Nachricht von einem Durchbruch in der Lithografietechnologie. Selbst wenn Wissenschaftler einen Prototyp geschaffen hätten, hätten sie noch einen Herstellungsprozess und anschließend eine Fabrik entwickeln müssen. Theoretisch hätte Russland einen perfekten Prototyp einer Lithografiemaschine entwickeln können, besser als alles, was Nikon und ASM Lithography je produziert hatten, doch es gelang ihm nicht, ihn in Serie zu produzieren. Dies war in der Sowjetzeit keine Seltenheit und ist auch heute noch der Fall.
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