Zonder chips geen digitalisering. Met die conclusie raakt de voorzitter van de EU-commissie, Usula von der Leyen, de gevoelige snaar in de EU-innovatieplannen. Want hoe moet je werkprocessen vernieuwen met digitale oplossingen als er geen processor- en geheugenchips leverbaar zijn?
De halfgeleiderindustrie worstelt al geruime tijd met leveringsproblemen. Gelet op een naderende recessie en de aanhoudende geopolitieke spanningen zal dat nog wel even duren. Tijdens de recente World of Technology & Science (WOTS) in de jaarbeurs vond een symposium plaats over het belang van de halfgeleiderindustrie.
De halfgeleiderindustrie is een sector van strategische aard geworden, waar oost en west strijden om de macht. Oost lijkt aan de winnende hand. Europa wil die hegemonie doorbreken. Hoewel we in Nederland met de aanwezigheid van NXP ook chips ontwerpen en maken, ligt onze kracht meer bij het ontwikkelen van machines voor de chipproducenten met als wereldtopper ASML en de front-/back-endspelers ASMI, Besi, en K&S (voormalig Phillips-dochter Assembléon). Met nog enkele andere, niet-beursgenoteerde markpartijen is ons land goed vertegenwoordigd in de halfgeleidermarkt. Europa als geheel neemt sedert de laatste eeuwwisseling geen prominente plaats meer in als het gaat om het in grote aantallen produceren van elektronische schakelingen. Volgens Maurits Tichelman, bij Intel de topman voor de EMEA-activiteiten, is het huidige chiptekort verklaarbaar door de verschuiving van de productie.
Wereldproductie voor 80 procent in Azië
Waar voor 2000 Europa nog twintig procent van de wereldproductie voor zijn rekening nam, is dat aandeel inmiddels gekrompen naar minder dan acht procent. De VS produceren voor het millennium ver boven de twintig procent, maar zijn teruggevallen naar tien procent. Daardoor wordt al geruime tijd meer dan tachtig procent van de vraag afgedekt door producenten in Azië. ‘Als daar dus een chipfabriek vanwege de Covid-uitbraak wordt gesloten, weet je dat er stagnaties gaan komen’, stelt Tichelman. Daarbij speelt volgens hem dat een gebrek aan geïntegreerde schakelingen zich niet alleen doet voelen bij producenten van pc’s, laptops, smartpones en highend-servers, maar ook bij andere apparatenbouwers en autofabrikanten die elektronica gebruiken voor het aansturen van de functionaliteit. Bijna alle technologieleveranciers voor zowel de industriële sector als de consumentenmarkt kampen met een tekort aan chips.
Naast het logistieke vraagstuk en productieprobleem, bestaat er ook nog een barrière van financiële aard. Volgens de Intel-topman vergt het een investering van om en nabij de vijftig miljard euro om een ’fab’ te realiseren. ‘Je moet zeker vier jaar uitrekken voordat zo’n fabriek met alle cleanroom-voorzieningen en milieuverantwoordelijke specificaties vijfduizend wafers per dag kan voortbrengen. De producent heeft daar dan tien tot vijtien jaar de tijd voor, want daarna is de technologie verouderd. Met andere woorden: er is veel risicodragend kapitaal nodig om economisch verantwoord chips te produceren.’
Van de tientallen producenten uit het verleden zijn er feitelijk nog maar een tiental over. Drie partijen domineren, te weten: Intel voor de processoren in pc’s en servers, TSML voor de smartphone-processoren en Samsung voor de geheugenchips.
Chipwet
De Europese chipwet heeft tot doel de concurrentiekracht op de halfgeleidermarkt van ons werelddeel te vergroten. Het Amerikaanse Intel gelooft erin en participeert in projecten in veel Europese landen. In het Duitse Maagdenburg verrijst een megachip-fabriek, die pas in 2027 volop in productie kan zijn. In het Pools Gdansk ondergaat de engineercapaciteit uitbreiding tot drieduizend specialisten in processoren voor de cloud, ai-toepassingen en grafische dataverwerking. In Ierland produceert Intel al dertig jaar. Met een investering van zeven miljard dollar verdubbelt de onderneming de capaciteit. Frankrijk wil door het aannemen van duizend wetenschappers het onderzoek naar highperformance computing en ai versnellen. In Spanje wordt het project voor supercomputers verruimd, terwijl Intel in Delft samen met de TU stevig blijft inzetten op de ontwikkeling van kwantumtechnologie.
Ook Paul de Bot, de tweede inleider op het WOTS-seminars en algemeen directeur in Europa van de Taiwanese chipgigant TSMC, is blij met het EU-halfgeleider initiatief. Hij benutte zijn spreektijd direct om zijn Intel ’concullega’ te corrigeren: ‘Bij het concern komen momenteel meer chips uit het segment highperformance computing dan uit de chipproductie voor smartphones’. Ook bij de datacenters ziet de TSMC-topman de afzet toenemen met de komst van de honderd-megawattcentra. De zuinigheid van de toegepaste chips speelt daar een doorslaggevende rol. Als pure chipproducent heeft TSMC te maken met afnemers die chips kunnen ontwerpen in de richting van een bepaalde functionaliteit maar niet beschikken over eigen productiecapaciteit. De Taiwanezen bevinden zich in het midden van een ecosysteem, waarin zij de partners ondersteunen die uiteindelijk de toepassingsgebieden van de chips bedienen.
Sterkste groei
In een tijdsbestek van 25 jaar slaagde de onderneming erin om door te dringen tot de top met een omzet die naar verwachting voor dit jaar uitkomt op 75 miljard dollar. Daarvan wordt veertig tot 44 miljard volgens de Europese topman weer geïnvesteerd in uitbreiding van de productiecapaciteit. Inmiddels zijn er fabrieken operationeel in het moederland, in China, Japan en de VS. Per maand spugen die naar schatting van de brancheorganisatie Semi 2,5 miljoen wafers uit, gebaseerd op een productie met wafers van acht inch. Zelf zegt TSMC dat het productieproces zich in sterkere mate richt op wafers met een omvang van twaalf inch en maakt melding van een capaciteit op dat vlak van dertien miljoen wafers per jaar.
In een chipsmarkt met een huidige waarde van zeshonderd miljard dollar, die volgens de voorspellingen aan het eind van dit decennium een omvang van meer duizend miljard, oftewel één biljoen gaat overschrijden, is het blijkbaar nog steeds lastig om aan de vraag te voldoen. De Bot denkt dat het waarschijnlijk de bouwers van machines en clean rooms zijn die het tempo van de productiegroei gaan bepalen. Voor hem is het duidelijk dat in de komende jaren de grootste groei zit in de afzet aan de automotive sector. Zelfsturende eigenschappen vragen daar om veel visiontechnologie met camera’s, sensoren en radar-voorzieningen. Daarnaast zijn er voor omvormers en laders specifieke chips nodig. Inmiddels vervangen autofabrikanten de klassieke bedrading die dikwijls spaghetti-achtige vormen aannam, door meer gestructureerde domein- en zoneverbindingen, aangestuurd vanuit controllers.
Van startup naar scale-up
De derde spreker op het WOTS-symposium over de halfgeleiderindustrie is Romano Hoofman, werkzaam als directeur strategische ontwikkelingen bij Imec.IC-link, onderdeel van het Belgische Imec-instituut uit Leuven. Al meer dan 35 jaar geniet de instelling bekendheid bij alle bedrijven en onderzoeksinstellingen die zich bezighouden met digitale systemen en nanotechnologie. De afdeling van Hoofman ondersteunt startups, die hoopvolle ideeën over bepaalde applicaties in integrated circuits (ic’s) willen verankeren. De als asic (application-specific integrated circuit) verpakte toepassing wordt met hulp van de Leuvenaren als prototype in de markt gezet. Het bedrijf erachter wordt vervolgens begeleid op het traject naar scale-up.
In zijn presentatie wijst Hoofman op de disruptieve innovatie golven. De eerste was de industriële revolutie van de negentiende eeuw met stoom, staal, elektriciteit, chemie en de eerste vormen van telecommunicatie. De tweede kwam na de Tweede Wereldoorlog met technologie op het gebied van rakketten, de nucleaire opwekking van energie, de eerste mainframe computers en de ontdekking van allerlei nieuwe materialen. Vanaf 1980 geraken we in de eerste digitale golf met aandacht voor softwareontwikkelingen, de internet-revolutie en het ontstaan van communicatie-infrastructuren. Inmiddels zijn we in de vierde golf aanbeland, waarin de digitale logica zich nauwer gaat verbinden met fysieke wetenschappen. Kunstmatige intelligentie, nanotechnologie en moleculaire manipulatie worden onder de noemer deeptech een geaccepteerd goed.
Vallei des doods
Kenmerkend voor het ondernemerschap in deeptech zijn de hoge risico’s, de disruptieve uitwerking, de geografische verspreiding van talent en de noodzaak van nieuwe ecosystemen. En dat allemaal volgens Hoofman om niet ten onder te gaan in de ’vallei des doods’, een variant op de bekende Gartner hype curve, maar dan met een dieptepunt. Verder valt te constateren dat bij Gartner ’overgehypte’ technologie (bijvoorbeeld rfid en blockchain) na het passeren van de kritische grens nog de kans heeft om te overleven, terwijl partijen die de deeptech-vallei niet goed doorkomen, ook echt lijken afgeschreven.
Het wetenschappelijk instituut ondersteunt de deeptech ’waaghalzen’ met een infrastructuur van hoog niveau met 12.000 vierkante meter aan cleanroomcapaciteit; 4500 wetenschappers met 95 verschillende nationaliteiten, beschikkend over de gewenste vaardigheden en hechte samenwerkingsverbanden met bedrijven, starters en academische instellingen. Door het toepassen van gangbare standaarden voor ASIC-ontwerp, testen en productie in grotere aantallen volgens beproefde technieken wordt het toenemend risico voor start-ups beheersbaar. In het Imec-ecosysteem van partnerorganisaties treffen we gerenommeerde partijen uit de halfgeleidersector, de industriële productie en de it-sector aan.
Toekomst van asic’s
De Imec-presentatie vormde een perfecte opmaat naar het laatste onderdeel van het WOTS-seminar over het belang van de halfgeleiderindustrie. Als speciale afgezant van Techleap.nl discussieerde Constantijn van Oranje met vier partijen die hun wetenschappelijk technologisch gedachtegoed in de markt willen zetten als een ASIC-toepassing. Giorgia Longobardi vertegenwoordigt als ceo het bedrijf Cambridge GaN Devices. Hun toepassing richt zich op voedingsapparaten die door het gebruik van Gallium Nitride vermogenstransistoren veel zuiniger met energie omgaan. Bij Axelera is Fabrizio Del Maffeo ceo en geeft leiding aan een project gericht op de ontwikkeling van in ASIC geïntegreerde software en hardware voor AI-toepassingen. Marleen Boonen is na een carrière bij Philips aan de slag gegaan als ceo bij Method2Business. Deze start-up richt zich op de iot-markt met een nieuwe generatie Wi-Fi HaLow IP oplossing. Deze technologie belooft een aanzienlijke verbetering van de kwaliteit, de afstand, de connectiviteit, de beveiliging en energieverbruik bij gebruik van Wi-Fi verbindingen. Hélène Moulet leidt als cto de ontwikkelingen bij Axoru, een Franse start-up die zich tot doel heeft gesteld om neuro-elektronische interfaces te bouwen. Het eerste product betreft een implantaat met een ASIC, die geplaatst achter het oog de gevolgen van de vroegtijdige degeneratie van het gezichtsvermogen (AMD) kan helpen verminderen.
