Mikroelektronik und Informationstechnologie sind die Eckpfeiler der modernen Wirtschaft. Der Aufstieg dieser Branchen hat eine industrielle Revolution ausgelöst und Gesellschaft und Wirtschaft grundlegend verändert. Die weltweit führenden Hersteller von Mikroelektronik spielen eine entscheidende Rolle bei der Förderung des technologischen Fortschritts und der wirtschaftlichen Schlagkraft ihrer Länder. Wir werfen einen genaueren Blick auf die Länder, die in der Mikroelektronik führend sind, und analysieren die Schlüsselfaktoren für ihren Erfolg.

↑ Das Chip-Zeitalter: Globale Trends in der Mikroelektronik

Die Entwicklung der Informationstechnologie hat eine unglaubliche industrielle Revolution ausgelöst, die die Gesellschaft und die Volkswirtschaften tiefgreifend verändert. Die gesamten IT-Ausgaben werden sich im Jahr 2024 auf 4.997,7 Milliarden Dollar belaufen, einschließlich der Telekommunikationsdienste, die seit vielen Jahren fast vollständig computerisiert sind, und der Halbleiterindustrie, deren Schwerpunkt auf IT- und Telekommunikationsausrüstung liegt.

Um zu verstehen, wie der Wirtschaftssektor funktioniert, ist es nützlich, sich eine Wertschöpfungskette vorzustellen. Um eine IT-Dienstleistung oder -Anwendung herzustellen, müssen Software und Computer produziert werden. Damit Software auf Computern läuft, muss man ein Betriebssystem entwickeln. Um einen Computer zu bauen, muss man elektronische Komponenten herstellen. Für die Herstellung von Mikroprozessoren benötigt man spezielle, hoch entwickelte Entwurfssoftware. Außerdem ist die Mikroelektronikindustrie auf Fotolithografie und optische Geräte angewiesen. Schließlich muss zu Beginn des Prozesses Silizium in der richtigen Qualität abgebaut und in der richtigen Form aufbereitet werden.

↑ Die USA und die Mikroelektronik: Die Zukunft der Technologie gestalten

Wie immer bleiben die USA dank Unternehmen wie Intel, Qualcomm, Nvidia und Synopsys ein wichtiger Akteur in der Mikroelektronik. Intel ist das einzige Unternehmen der Welt, das den gesamten Herstellungsprozess von Mikroprozessoren abdeckt, vom Entwurf bis zur Massenproduktion. Synopsys, Cadence und Mentor Graphics dominieren die CAD-Entwicklung für die Mikroelektronik und stellen die entscheidende Infrastruktur für die gesamte Branche bereit. Ein moderner Mikroprozessor besteht aus mehreren Milliarden Transistoren, die sich über eine Fläche von zwei bis drei Quadratzentimetern verteilen, und es ist schlicht undenkbar, seine geometrische und elektrische Organisation „von Hand“ zu entwerfen. Aus diesem Grund wurden Schaltkreisbeschreibungssprachen (VHDL, Verilog) und Software für den computergestützten Entwurf entwickelt.

Die wichtigsten und praktisch einzigen Unternehmen, die sich mit der Entwicklung elektronischer CAD-Systeme befassen, sind die amerikanischen Unternehmen Synopsys (von der taiwanesischen SpringSoft übernommen, Gesamtumsatz 3,3 Milliarden Dollar, 13.000 Mitarbeiter), Cadence (2,3 Milliarden Dollar, 7.600 Mitarbeiter) und Mentor Graphics (von Siemens übernommen, 1,3 Milliarden Dollar, 6.000 Mitarbeiter). Diese computergestützten Designsysteme sind sehr teuer, ganz zu schweigen von der Zeit, die Ingenieure für ihre Implementierung benötigen.

↑ Warum die Welt auf Taiwan angewiesen ist: Mikroprozessoren der Zukunft

Heute ist TSMC, ein weltweit führendes Unternehmen mit einem Umsatz von 35 Milliarden Dollar, das einzige Unternehmen, das Produkte in 7nm (Nanometer)-Geometrie herstellt, Samsung in 10nm, und Intel in 14nm. Danach folgen drei weitere Unternehmen, die das Rennen um die Miniaturisierung aufgegeben haben, aber weiterhin „rustikalere“ Produkte auf den Markt bringen. So sieht die Rangliste der führenden Unternehmen aus:

1. TSMC
2. Samsung
3. Intel 
4. Globale Foundries 
5. STMicro 
6. UMC

Die Herstellung von Mikroprozessoren basiert auf fotolithografischen Prozessen, die von Maschinen, so genannten Scannern, durchgeführt werden. Weltweit gibt es drei Hersteller von Scannern: Canon, Nikon und ein niederländisches Unternehmen namens ASML, das zwei Drittel des Weltmarktes mit einem Wert von etwa 12 Milliarden Dollar besitzt. Das teuerste Teil eines Scanners ist das Objektiv, das wie das Objektiv einer großen Kamera aussieht. Es gibt drei Hersteller: Canon, Nikon und das deutsche Unternehmen Zeiss.

↑ Südkorea: Führend in der Speicherproduktion

Südkorea ist dank Samsung und SK Hynix führend in der Speicherproduktion (DRAM und NAND). Diese Unternehmen beliefern den Großteil des Weltmarkts für Speicher, die für Smartphones, Server und Personalcomputer benötigt werden. Südkorea investiert auch aktiv in die Entwicklung von Display- und Fotolithographieanlagen, was seine Position in der globalen Mikroelektronikindustrie stärkt. Der Bau einer modernen Mikroprozessorfabrik kostet mehr als zehn Milliarden Dollar, und ihr reibungsloser Betrieb erfordert mehrere tausend Ingenieure und Techniker. Die Entwicklung des Produktionsprozesses und die Einrichtung der Anlagen erfordern Zeit und Fachwissen, und erst nach einigen Jahren nähert sich die Erfolgsquote der Produktion der 100-Prozent-Marke.

↑ China: Ein wachsender Riese

China ist dabei, seine Rolle in der Mikroelektronik aktiv auszubauen. Unternehmen wie SMIC (Semiconductor Manufacturing International Corporation) sind bestrebt, die technologische Lücke zu Taiwan und Südkorea zu schließen. Allerdings ist China noch nicht in der Lage, Mikroprozessoren mit der modernsten Technologie zu produzieren, was seine Möglichkeiten einschränkt.

Die Herstellung von Mikroprozessoren basiert auf fotolithografischen Verfahren, die von Maschinen, so genannten Scannern, durchgeführt werden. Weltweit gibt es drei Hersteller von Scannern: Canon, Nikon und ein niederländisches Unternehmen namens ASML, das zwei Drittel des Weltmarktes mit einem Wert von etwa 12 Milliarden Dollar besitzt. Das teuerste Teil eines Scanners ist das Objektiv, das wie das Objektiv einer großen Kamera aussieht. Es gibt drei Hersteller: Canon, Nikon und ein deutsches Unternehmen namens Zeiss. Die Herstellung von Mikroprozessoren erfordert spezielle, hochentwickelte Design-Software. Außerdem ist die Mikroelektronikindustrie auf Fotolithografie und optische Geräte angewiesen. Bislang ist China noch nicht in der Lage, Anlagen auf diesem Niveau zu produzieren, was ein erhebliches Hindernis für seine technologische Unabhängigkeit darstellt.

Ein besonderes Marktsegment sind Prozessoren für Militär- und Raumfahrtanwendungen, die Weltraum- oder Nuklearstrahlung standhalten müssen. Auch bei vielen strategisch wichtigen Komponenten war China bisher auf ausländische Technologie angewiesen. Altis Semiconductors z. B. repräsentierte früher Europas Fähigkeiten bei der Herstellung von Prozessoren für solche Umgebungen, doch seit dessen Verschwinden ist China weiterhin von US-Lieferanten abhängig.

↑ Europa: Nachzügler und mögliche Perspektiven

In Europa ist der Hauptakteur nach wie vor STMicroelectronics, ein französisch-italienisches Unternehmen mit einer starken Position bei analogen Chips und Sensoren. Insgesamt liegt der europäische Mikroelektroniksektor jedoch bei der Mikroprozessor- und Speicherproduktion hinter den USA und Asien zurück. Die Entwicklung eines neuen Mikroprozessors erfordert mehrere Jahre (sechs oder sieben), tausend bis zweitausend Ingenieure und fünfzehn bis zwanzig Milliarden Dollar für den Bau einer Fabrik - eine Investition, die Europa nur selten zu tätigen bereit ist.

Der einzige Sektor, in dem Europa nach wie vor führend ist, ist die Automobilindustrie, die trotz der Rezession immer noch von der Mikroelektronik-Technologie profitiert. Die Computerproduktion in der Region ist begrenzt, da ihre Montage ein vollautomatischer Prozess mit geringer Wertschöpfung ist. So benötigen Unternehmen wie Dell weniger als drei Minuten, um einen Computer zu bauen.

Außerdem gibt es in Europa keine großen Akteure, die mit amerikanischen oder asiatischen Unternehmen auf dem Markt für Betriebssysteme konkurrieren könnten. Bei den installierten Systemen dominieren weltweit führende Unternehmen wie Microsoft und Google, so dass in Europa nur hochspezialisierte oder quelloffene Systeme wie Linux und OpenBSD angeboten werden.

↑ Fazit: Die führenden Länder in der Mikroelektronikfertigung sind

Die USA, Taiwan und Südkorea geben weiterhin das Tempo der mikroelektronischen Entwicklung vor und prägen die weltweiten Technologietrends. China baut seinen Einfluss durch Investitionen in die Entwicklung fortschrittlicher Technologien rasch aus. Europa hinkt trotz seiner Fähigkeiten immer noch hinterher, obwohl STMicroelectronics ein wichtiger Akteur bleibt.

Die Zukunft der Mikroelektronik wird davon abhängen, ob die führenden Länder in der Lage sind, sich auf Herausforderungen wie den globalen Wettbewerb, Rohstoffknappheit und geopolitische Risiken einzustellen. Diese Herausforderungen werden darüber entscheiden, wer der führende Akteur in dieser strategisch wichtigen Branche bleiben wird.

Wilfredo Huppert

Wilfredo Huppert is a war journalist with 25 years of experience. He has spent most of his life in military journalism, wars and military-political conflicts, treason investigations and much more.