Zehntausende neue Jobs im ‚Silicon Saxony‘ – Neben dem Subventionswettlauf sorgen neue Verbünde und Forschungsprojekte für Wachstumsimpulse in Sachsens Hightech-Szene

Auf jeden Fall wächst das Hochtechnologie-Dreieck Dresden – Chemnitz – Freiberg angesichts von Milliarden-Investitionen, Neuansiedlungen und Instituts-Ausgründungen weiter: Im Jahr 2022 beschäftigten die Mikroelektronik, Software-Industrie und verwandte Branchen in Sachsen rund 76.100 Menschen und damit etwa vier Prozent mehr als ein Jahr zuvor. Das geht aus neuen Statistiken hervor, die der Hightech-Branchenverband ‚Silicon Saxony' in Dresden vorgestellt hat. Noch nicht eingerechnet sind hier die Personalaufstockungen, die durch die jüngsten Großinvestitionen von Infineon und anderen Chipunternehmen zu erwarten sind.

Dirk RöhrbornDerzeit spürt die sächsische Halbleiterbranche einigen Rückenwind: Das europäische Chipgesetz und die ‚wichtigen Projekte von gemeinsamem europäischen Interesse' (Ipcei) in der Mikroelektronik sorgen für Aufbruchstimmung und neue Großinvestitionen in der Branche. Das gilt ganz besonders für den größten Halbleiter-Produktionsstandort in Europa, eben den Raum Dresden. „Die Stimmung ist trotz Herausforderungen sehr positiv“, meint daher ‚Silicon Saxony'-Präsident Dirk Röhrborn. „Es liegt nun an der deutschen und europäischen Wirtschaft, die Investitionsdynamik der Halbleiterindustrie zu nutzen, um sich mit wettbewerbsfähigen Produkten im internationalen Wettbewerb zu positionieren.“

„Die Stimmung ist trotz Herausforderungen sehr positiv“
‚Silicon Saxony'-Präsident Dirk Röhrborn

„Die Branche wächst solide und kontinuierlich“, erklärt Verbandschef Frank Bösenberg zum ‚Silicon Saxony Day', den laut Verbandsangaben über 600 Industrievertreter, Branchenexperten und Wissenschaftler aus 20 Ländern besuchen. Bis 2030 werde das Cluster auf 100.000 Beschäftigte wachsen. Allerdings ist noch offen, wie die sächsische Hochtechnologie-Wirtschaft die knapp 24.000 Fachkräfte, die sie gegen Ende der Dekade brauchen wird, akquirieren soll.

Von staatlicher Seite sind die Wachstumsimpulse für die deutsche und speziell auch die sächsische Elektronik-Industrie auf jeden Fall schon deutlich zu spüren: So kann Sachsens Mikroelektronik demnächst mit rund 877 Mio. € Subventionen von Bund und Land für „wichtige Projekte von gemeinsamem europäischen Interesse“ (Ipcei 2) rechnen.

Nachdem die EU zuvor bereits die Sonder-Zuschüsse genehmigt hatte, hat nun auch das sächsische Kabinett grünes Licht für die Landes-Beihilfen gegeben. Die Ipcei-Sonderzuschüsse sollen in Sachsen Mikroelektronik-Projekte im Gesamtumfang von 2,24 Mrd. € zu 39 % staatlich mitfinanzieren. Dabei handelt es sich um Vorhaben von Globalfoundries, Infineon, Bosch, Siltectra (die inzwischen auch zu Infineon gehören), der Dresdner Uni-Ausgründung Ferroelectric Memory, die Freiberger Compound Materials (FCM) sowie NXP in Dresden. Im Fokus stehen unter anderem besonders schnelle und sparsame Speicher, neue Basismaterialien für Hochleistungs-Prozessoren und die Automatisierung von Industrieprozessen. Von den geplanten 877 Mio. € Zuschuss trägt der Bund voraussichtlich 70 % und der Freistaat Sachsen die restlichen 30 %.

Nun auch Solarsubventionen: „Eine Frage der Wirtschaftssicherheit“

Angesichts der enormen Summen, die durch Ipcei-Programme und den ‚European Chips Act' derzeit an die Halbleiterindustrie fließen oder demnächst fließen werden, weckt das auch Begehrlichkeiten in anderen Branchen. So will Bundesminister Robert Habeck (Grüne) die Schweizer Solarfirma ‚Meyer Burger' mit einem neuen Zuschuss-Programm für Solarfabriken davon abhalten, in die USA abzuwandern und ganz generell die vor Jahren verlorene Massenproduktion von Photovoltaik-Technik in Deutschland wieder aufbauen. Das geht aus einem ‚Interessensbekundungsverfahren' hervor, das Habeck inzwischen verkündet hat. Der sächsische Umweltminister Wolfram Günther (Grüne), der bereits für solche neuen Solarsubventionen plädiert hatte, begrüßte die Pläne seines Parteikollegen in Berlin.

„Für zentrale Transformationstechnologien brauchen wir eigene Fertigungskapazitäten in Deutschland und Europa“, begründete Habeck seinen Vorstoß. „Das ist nicht nur eine Frage der ökonomischen Vernunft, sondern auch eine Frage der Wirtschaftssicherheit. Wir wollen unsere Industrie dabei unterstützen, dauerhaft eine Photovoltaik-Produktion in Deutschland aufzubauen, indem wir Leuchtturmprojekte finanziell unterstützen. Das stärkt nicht nur unsere technologische, sondern auch unsere energiepolitische Souveränität.“

Gemünzt ist das Programm vor allem auf Mitteldeutschland – und erster Kandidat dürfte ‚Meyer Burger' sein: Die Schweizer hatten kurz zuvor gedroht, den weiteren Ausbau ihrer Zell- und Modulfabriken im sächsischen Freiberg und im sachsen-anhaltinischen Thalheim zu Gunsten von Fabrikbauten in den USA einzufrieren, weil die Amerikaner mehr Beihilfen zahlen. Weitere Photovoltaik-Firmen, die die deutsche Solarkrise 2012 bis 2018 überlebt hatten, dürften wohl folgen. Solarwatt aus Dresden beispielsweise prüft bereits eine Bewerbung um die Habeck-Millionen, wie das Unternehmen auf ‚Plus'-Anfrage mitteilte.

Globalfoundries und Helmholtz Dresden rücken zusammen

Der Wissenschaftliche Direktor des HZDR, Prof. Sebastian M. Schmidt (li.), und der Geschäftsführer von Globalfoundries Dresden, Dr. Manfred Horstmann, bei der Unterzeichnung der gemeinsamen AbsichtserklärungNeben dem globalen Subventionswettlauf kommen aber auch Impulse aus der Forschung für Sachsens Elektronikindustrie. So haben die Dresdner Halbleiterfabrik von Globalfoundries (GF) und das Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) nun eine langfristige Kooperationsvereinbarung geschlossen. Themen sind unter anderem die Forschung an neuromorphen Chips und Schaltkreis-Produktionsprozessen, aber auch die Fachkräfte-Sicherung und eine bessere Willkommenskultur am Wirtschafts- und Wissenschaftsstandort Dresden. „Unterschiedliche Perspektiven führen zu besseren Ideen, um die komplexen Herausforderungen unserer Zeit zu bewältigen“, kommentierte HZDR-Direktor Sebastian M. Schmidt das Memorandum. Und GF-Dresden-Chef Manfred Horstmann ergänzte: „Diese Kooperation leistet einen wichtigen Beitrag dazu, Fachkräften im ‚Silicon Saxony' attraktive Zukunftsperspektiven aufzuzeigen.“

Zum Beispiel wollen beide Seiten an künstlichen Neuronen beziehungsweise Schaltkreisen forschen. Katrin und Helmut Schultheiß vom HZDR experimentieren dafür bereits seit längerer Zeit an mikrometerkleinen magnetischen Scheiben, in denen sie durch nichtlineare Prozesse magnetische Wellen erzeugen, die den Schaltvorgängen im menschlichen Gehirn nachempfunden sind. Dieses Vorhaben zielt darauf, den ‚Augen' und ‚Ohren' automatisch fahrender Autos mehr dezentrale Eigenintelligenz ohne viel zusätzlichen Stromverbrauch zu verleihen. Das Projekt nennt sich ‚Nonlinear Magnons for Reservoir Computing in Reciprocal Space' (Nimfeia) und wird mit 3 Mio. € von der EU gefördert. Außerdem möchten die Partner bei der „Analyse und Entwicklung von Hardware in der Speicher- und Informationstechnologie“ kooperieren. Zu den Fokusthemen gehören hier neue Standards für die Ionenimplantation.

Terahertz-Wandler für 6G-Mobilfunk

Ein weiteres vielversprechendes Projekt, an dem die Helmholtz-Forscher arbeiten, zielt auf neue Terahertz-Wandler für den Mobilfunk. Sie entwickeln derzeit speziell designte zweidimensionale Kohlenstoffnetze aus Graphen, die die benötigten hohen Trägerfrequenzen über 100 Gigahertz für den Mobilfunk der sechsten Generation (6G) sehr schnell in sichtbares Licht umwandeln können. Solche Wandler wären ein großer Fortschritt, weil Terahertz-Strahlung nur eine kurze Reichweite hat. „Daher wird ein schneller und kontrollierbarer Mechanismus zur Umwandlung von Terahertz-Wellen in sichtbares oder infrarotes Licht benötigt, das über lange Distanzen in optischen Fasern transportiert werden kann“, betont Dr. Igor Ilyakov vom HZDR-Institut für Strahlenphysik. „Auch Bildgebungs- und Sensortechnologien könnten von einem solchen Mechanismus profitieren.“ Und diese Umwandlung vermögen eben Graphen-2D-Netze, wenn man sie mit bestimmten Fremd-atomen dotiert oder sie in ein Metamaterial mit eigens designten Eigenschaften transformiert.

Näher am praktischen Einsatz sind zwei Innovationen, an denen das Fraunhofer-Photonikinstitut IPMS in Dresden gemeinsam mit Partnern aus der Wirtschaft arbeitet: Holochips sowie Inhalts-Scanner für Waschmaschinen und Kühlschränke.

Ein auf Graphen basierendes Material wandelt einkommende Terahertz-Pulse (von oben) ultraschnell und kontrollierbar in sichtbares Licht um – optimal für den Datentransport in optischen Fasern

Holochips für eine neue Dimension der 3D-Navigation im Auto

So entwickeln die Fraunhofer-Ingenieure derzeit im europäisches Konsortialverbund ‚Realholo' neuartige Holo-Chips, die – anders als heutige 3D-Filme im Kino – den Augen nicht nur Raumeindrücke vorgaukeln, sondern Bilder wirklich in den Raum hineinprojizieren.

Mit an Bord ist hier unter anderem ‚Seereal Technologies' aus Dresden, die auf 3D-Monitore und holografische Projektionen spezialisiert sind. Ein Kernbauelement werden die ‚Flächenlicht-Modulatoren' vom Fraunhofer-Photonik-institut IPMS aus Dresden sein. Dabei handelt es sich um spezielle mechanisch-elektronische Chips, auf denen unzählige winzige Spiegel schwingen und dabei aus Millionen Lichtpunkten das gewünschte Hologramm erzeugen. Mit dabei ist außerdem der Halbleiter-Auftragsfertiger ‚X-Fab', der in Dresden eine seiner Fabriken betreibt.

Letztlich wollen die Projektpartner zusammen Holo-Projektorschaltkreise bauen, die zum Beispiel für Autofahrer Navigationspfeile und andere Informationen räumlich einblenden, oder Chirurgen helfen, sich auf wichtige Operationen vorbereiten. So sollen dann reale und computergenerierte Welten zur ‚Mixed-Reality' (MR) oder ‚Augmented Reality' (AR) der nächsten Generation verschmelzen – ganz ohne Kopfschmerzen, Schwindelgefühl oder andere Nebenwirkungen heutiger 3D-Systeme.

Waschmaschine lernt Nylonstrumpf und Feinripp-Unterhemden selbst zu unterscheiden

Ein weiteres Projekt zielt auf Waschmaschinen, die die textile Zusammensetzung von T-Shirts und Kleidern berührungslos aus der Distanz ermitteln können, um das richtige Waschprogramm selbst zu wählen sowie auf Kühlschränke, die erkennen, wie reif der Apfel oder die Banane ist, die da im Obstfach liegt. „Unsere Mikrospektrometer können beispielsweise den Nylonstrumpf von Feinripp-Hemd von Bruce Willis klar unterscheiden“, verspricht Dr. Heinrich Grüger vom Fraunhofer-Institut für Photonische Mikrosysteme (IPMS) Dresden.

Diese kleinen Spektrometer können zum Beispiel sichtbares Licht oder Infrarot-Strahlen aussenden, bündeln und die vom Ziel-Objekt zurückgeworfenen Strahlen dann auch wieder auffangen und auswerten. Die besondere chemische Zusammensetzung des angestrahlten Kleidungsstücks, Obsts oder Getränks verändert dabei die Strahlen etwas, bevor sie den Sensor wieder erreichen. Aus diesem ‚photonischen Fingerabdruck' können Computerprogramme dann herauslesen, ob der Pullover da im Laden wirklich aus reiner Cashmere-Wolle gewoben ist, ob der schöne rote Apfel innerlich vielleicht schon überreif ist oder das frisch gebraute Bier wirklich zum Trinken taugt. Um die Erkennungsraten weiter zu verbessern, kombinieren Heinrich Grüger und sein Team nun auch „Künstliche Intelligenz“ und Hyperspektral-Technologie in ihrem ‚Scanning Mirror Mikrospektrometer' (SMMS).

2023 sei an erste „Umsetzungsprojekte“ zu denken, meint Grüger. In etwa drei bis fünf Jahren könne die verbesserte Technologie praxisreif sein. Neben den intelligenten Waschmaschinen sehen die Fraunhofer-Experten auch viel Potenzial in der Wiederverwertung alter Textilien. Dabei steht nicht etwa Recycling im Fokus, sondern eine echte Wiederverwendung (‚Re-use') alter Hosen, Röcke und Blusen, so dass sie wieder von Menschen angezogen werden. Wenn nämlich weggeworfene Klamotten durch Maschinen mit Hyperspektral-Augen nach Güte sortiert werden und nicht mehr durch Menschen, dann könnte dies schneller, präziser und kostengünstiger gemacht werden als bisher – und sich in Zeiten steigender Mindestlöhne wieder lohnen.

Weckbrodt Der Demo-Aufbau im Fraunhofer-Photonikinstitut IPMS Dresden zeigt, wie künftige Mikrospiegel-Spektroskope automatisch verschiedene Textilarten berührungslos erkennen

Quelloffen und europäisch: Neue Geschäftsmodelle à la Tesla für den Mittelstand

Neben solchen Forschungs-Kooperationen spielen in Sachsens Hightech-Szene aber auch zunehmend Netzwerke aus Maschinenbauern, Software-Schmieden und Elektronikfirmen eine wichtige Rolle, um neue Produkte, Komplex-Lösungen und Geschäftsmodelle zu entwickeln. Ein Beispiel ist das Konzept ‚Machine as a Service' (MaaS). Bei vielen sächsischen Mittelständlern hat da vor allem das Vorbild ‚Tesla' die Phantasien beflügelt: So wie die Tesla-Kunden nach dem Autokauf noch mal dafür zahlen, dass Elon Musk ihnen mehr Reichweite oder Beschleunigung digital freischaltet, so möchten nun eben auch die Maschinenbauer mit digitalen Zusatzfunktionen und Mehrwertdiensten zusätzliche Umsätze generieren. „Viele aus der hiesigen Industrie möchten das jetzt ähnlich machen wie Tesla“, erzählt Paul Hertwig, der Geschäftsführer des Dresdner Software-Unternehmens ‚N+P Informationssysteme'.

So gehört zu seinen Kunden ein Chemnitzer Maschinenbauer, der seine Automatisierungstechnik künftig nicht nur klassisch verkaufen, sondern auch mit digitalen Zusatzdiensten Geld verdienen will. Dafür erzeugt ‚N+P' digitale Zwillinge der Chemnitzer Maschinen und verknüpft sie dann mit den Sensoren der echten Maschine, die in der Werkhalle arbeitet. Anhand solcher virtuellen Echtzeit-Modelle kann der Hersteller dem Kunden dann beispielsweise die vorausschauende Wartung der Maschine, Anomalie-Erkennung, Fernjustierung und andere Bezahl-Dienste anbieten. Und um all dies zu realisieren, hat ‚N +P' GaiaX-Technologien und Open-Source-Software eingesetzt.

Das Interesse vieler Industriebetriebe an neuen, digitalen Geschäftsmodellen sei zuletzt stark gewachsen – und von den daraus erwachsenden zusätzlichen Aufträgen profitieren dann eben auch die Softwareschmieden des regionalen Open-Source-Ökosystems im Freistaat. Der ‚N+P'-Chef sieht hier enormes Potenzial schlummern: „Wir haben hier exzellente Sondermaschinenbauer. Wenn es denen gelingt, ihr einzigartiges Know-how mit Open-Source-Software im Digitalzeitalter richtig zu verwerten, dann wächst damit eine Riesen-Chance.“ Eigens dafür haben mehrere Digitalunternehmen aus Sachsen und weiteren Bundesländern den ‚Verband für betriebsfähige, offene Cloud-Infrastrukturen Alasca' gegründet, der archetypisch Fallbeispiele dafür schaffen will, wie sich der Hightech-Mittelstand in Deutschland mit quell-offenen und europäischen Clouds und Lösungen unabhängiger von Datenkraken machen kann.

Quellen

Silicon Saxony, Globalfoundries, Helmholtz, IPMS, SMEKUL, N+P, Alasca-Allianz, Oiger-Archiv