Der Mikroelektronikpionier Werner Hartmann (Bild: Privatarchiv Renee Hartmann/Repro: hw)Die größten Hoffnungen fokussieren sich momentan auf bald erwartete Investitionsentscheidungen von US-Konzern Intel, Samsung aus Südkorea oder TSMC aus Taiwan. Alle drei sind – mit unterschiedlicher Vehemenz – auf der Suche nach Standorten – für ein oder mehrere Halbleiterwerke der Preisklasse um die fünf bis zehn Milliarden Euro. Solch eine Fabrik soll Halbleiter der Strukturgenerationen unterhalb von zehn Nanometern herstellen und damit eine Lücke im sächsischen Mikroelektronik-Cluster schließen: Unterhalb von 22 Nanometern kann keines der bereits angesiedelten Werke von Globalfoundries, Infineon, Bosch und Co. derzeit etwas anbieten. Da solch ein Fabrikbau mindestens drei Jahre vom ersten Spatenstich bis zur Volumenproduktion dauert, käme solch ein Werk zwar wahrscheinlich zu spät, um die aktuellen Halbleiter-Engpässe im deutschen Automobilbau zu beseitigen. Mittel- und langfristig könnte ein derartiger Spitzen-Auftragsfertiger (‚Foundry') im Silicon Saxony die Abhängigkeit vieler europäischer Industrien von Schlüsselzulieferungen aus Fernost mindern.
Verbunden wäre solch eine Investition, um die sich allein im Falle von Intel bereits über 70 Standorte in Europa beworben haben, allerdings mit milliardenteuren Subventionen. Sprich: Ohne Zuschüsse von Bund und EU wird dies kaum zu realisieren sein. Insofern werden politische Erwägungen bei der Standortwahl auch eine Rolle spielen. Betrachtet man jedoch allein fachliche Ansiedlungs-Kriterien wie vorhandene Halbleiter-Ökosysteme, Infrastruktur, einschlägige Forschungseinrichtungen, Fachkräfte-Verfügbarkeit und lange Branchentraditionen, sprechen viele Argumente für Dresden.
Dresden feiert seinen Einstieg in die Mikroelek- tronik vor 60 Jahren
Der Status als inzwischen größter Halbleiter-Standort in Europa ist nicht über Nacht entstanden, sondern hat Traditionen, die bis in die Frühzeit der Mikroelektronik zurückreichen. Erst kürzlich hat das ‚Silicon Saxony' ein rundes Jubiläum gefeiert: 60 Jahre ist es nun her, dass der Dresdner Physik-Professor und Elektronikvisionär Werner Hartmann (1912-1988) am 2. Oktober 1961 die Arbeitsstelle für Molekularelektronik (AME) in Dresden offiziell in Betrieb nahm und damit den Grundstein für den heute größten Mikroelektronik-Standort in Europa legte.
Tatsächlich gelang es Hartmann relativ rasch, einen Teil des Rückstands, den die DDR in der noch jungen Schlüsseltechnologie bereits damals angehäuft hatte, wieder wett zu machen: Acht Jahre nach der Erfindung des ‚Integrated Circuit' (IC) in den USA baute die AME ihre ersten Versuchs-Schaltkreise, lieferte zwei Jahre darauf die ersten Serien-Chips für die DDR-Volkswirtschaft, baute bald auch Taschenrechner-Chips und andere Mikroelektronik – teils bei der US-Konkurrenz abgekupfert, in zunehmenden Maße aber auch Eigenentwicklungen. Hartmann sei ein ausgesprochen vorausschauender und zielstrebiger Leiter, aber auch ein pragmatischer Problemlöser gewesen, erinnert sich sein Mitstreiter Dr. Hans Becker.
Auch für Retrofit gedacht: Diese Universelle Sensorplattform mit KI an Bord wurde von Globalfoundries, mehreren Fraunhofer-Instituten und Dresdner Unternehmen entwickelt. Eingesetzt wird sie unter anderem für ‚Predictive Maintenance‘-Lösungen
Diese Stringenz schlug sich in einem zunächst sehr dynamischen Wachstum des noch jungen ostdeutschen Mikroelektronik-Nukleus nieder: Aus der Arbeitsstelle mit ihrem achtköpfigen Startkollektiv wuchs schließlich das ,Zentrum Mikroelektronik Dresden' (ZMD), das kurz vor der Wende rund 2000 Beschäftigte hatte. Das allerdings erlebte der Gründer nicht mehr: Schon 1974 wurde er abgesägt und an eine untergeordnete Position in Freiberg verbannt.
Das hatte unter anderem mit dem personellen und politischen Wechsel in Berlin zu tun: Der neue Generalsekretär Erich Honecker (SED) setzte andere Prioritäten und kürzte Walter Ulbrichts Modernisierungsprogramme zusammen. In der Mikroelektronik verlor die DDR danach an Boden. Als allerdings bald auch die Exporterlöse einer wichtigen Devisenquelle – des DDR-Werkzeugmaschinenbaus – schrumpften, weil kaum noch ein Kunde Maschinen ohne moderne Computersteuerung haben wollte, setzte der nächste Schwenk ein: Ab 1977 entdeckte die Partei- und Staatsführung die Halbleiterindustrie wieder für sich und pumpte dann vor allem in den 1980ern viel Geld in Megabit-Chip, 32-Bit-Prozessor und andere ehrgeizige Aufholprojekte.
Viel Geld investiert – und doch zu wenig
Fabmatics und andere sächsische Technologieunternehmen haben die 200-mm-Fabs von Infineon in Dresden nachautomatisiertInsgesamt seien im zweiten Anlauf rund 30 Mrd. DDR-Mark und außerdem 4 Mrd. Valutamark in das ostdeutsche Mikroelektronikprogramm geflossen, hat der Historiker Rainer Karlsch errechnet. „Das war für ein kleines Land wie die DDR sehr viel Geld – und doch zu wenig“, meint er. Denn zu der Zeit investierte jeder einzelne der damals führenden japanischen Konzerne ähnlich viel in die Mikroelektronik. Während aber die Chipschmieden im Westen Globalisierung, internationale Arbeitsteilung und Spezialisierung nutzten, stampfte die DDR mitsamt einer Chipindustrie in voller Breite auch noch eine fast komplette Ausrüstungsbranche für die Halbleiterwerke aus dem Boden. Zwar gelang es in dieser Zeit, den Rückstand zum internationalen Niveau wieder zu verkürzen. Doch die volkswirtschaftlichen Effekte der enormen Ausgaben blieben bis zuletzt begrenzt.
Die Währungsunion 1990 schickte dann die Mikroelektronik – ähnlich wie die meisten Industrien – in Ostdeutschland in den Tod auf Raten. „In der Nacht zum 1. Juli wurde mit der D-Mark-Einführung ein großer Teil des Kapitalstocks der DDR nahezu schlagartig vernichtet“, betont Karlsch. Die Vervielfachung der Löhne von einem Tag auf den anderen überlebten die meisten Betriebe und damit auch die Chipschmieden im Osten nur noch kurze Zeit: Von den Elektronikwerken in Frankfurt an der Oder und in Teltow beispielsweise blieben lediglich Rudimente. Und auch die Chipfabriken in Dresden und Erfurt würde es ohne staatliche Eingriffe wohl heute nicht mehr geben. Speziell in Sachsen ging die Regierung unter Kurt Biedenkopf (CDU) einen Sonderweg und rettete das ZMD durch direkte Staatsbeteiligungen. Dieser vom damaligen brandenburgischen Ministerpräsidenten Manfred Stolpe (SPD) als ,Staatskapitalismus' kritisierte Weg war angesichts der erheblichen ZMD-Verluste, die letztlich der Steuerzahler mehrere Jahre lang subventionierte, zwar umstritten.
Doch nachträglich betrachtet war dies wohl eine weise Entscheidung: Die Dresdner Mikroelek-tronik-Expertise und das geschulte Personal aus DDR-Zeiten waren für Siemens/Infineon und AMD/Globalfoundries – neben den erheblichen Subventionen – mitausschlaggebende Gründe, nach der Wende große Chipwerke in der sächsischen Landeshauptstadt zu errichten. Danach ging es zunächst nur noch aufwärts: Die Konzerne investierten nach, neue Akteure siedelten sich an, die direkten und indirekten Beschäftigungs- und Wertschöpfungseffekte waren erheblich.
2007 kam noch ein wichtiger Erfolg hinzu: Der Auftragsfertiger ‚X-Fab' – hervorgegangen aus dem ehemaligen Kombinat Mikroelektronik Erfurt – übernahm die frühere ZMD-Fabrik in Dresden. Doch danach trafen die internationale Chipkrise und die heraufziehende Weltwirtschaftskrise den Halbleiter-Standort Sachsen schwer. Das prominenteste Opfer wurde der Speicherchip-Produzent Qimonda. Zudem zog sich AMD schrittweise aus Dresden zurück und gliederte sein Dresdner Werk an die eigens dafür gegründete Tochter ‚Globalfoundries' aus. Unterm Strich hat dies dazu geführt, dass Europa seither nicht mehr im ‚Leading Edge'-Sektor der globalen Mikroelektronik vertreten ist: Mit Qimonda starb der letzte europäische Akteur, der dRAM-Speicherchips der neuesten Generation massenhaft herstellen konnte. Und seit AMD seine Spitzenprozessoren bei Auftragsfertigern wie TSMC in Fernost produzieren lässt, ist auch Globalfoundries raus aus dem Rennen um immer feinere Halbleiterstrukturen und immer höhere Integrationsgrade.
Wirtschaftlich gesehen hat der Standort die Krisenjahre 2007 bis 2009 allerdings relativ gut weggesteckt. Globalfoundries und Infineon haben inzwischen nachinvestiert. 2021 folgte die milliardenteure neue Bosch-Halbleiterfabrik in Dresden, auch kleinere Akteure bauten ihr Engagement in diesem Zeitraum aus. Kürzlich erst kündigte Jenoptik eine neue Optoelektronik-Fabrik in Dresden an. Und Vodafone will in der sächsischen Landeshauptstadt ein Forschungszentrum für den Mobilfunk der 6. Generation (6G) etablieren.
200-mm-Fabs mit Dresdner Robotik nachautomatisiert
Globalfoundries Dresden setzt die Universelle Sensorplattform mit KI-Unterstützung unter anderem für die vorausschauende Wartung von Reinstwasser-Ventilen einAndere interessante Entwicklungen, die die ganze Branche beeinflusst haben, spielten sich eher hinter den Kulissen ab. So rüstete Infineon in den vergangenen Jahren mit Unterstützung sächsischer Automatisierungsspezialisten seine alten Fabrikmodule, die Logikchips auf 200 Millimeter großen Wafern herstellen, nachträglich bis nahe an eine Vollautomatisierung hoch. Die Dresdner Werke gelten heute weltweit als Vorzeigebeispiel, wie man durch intelligenten und maßgeschneiderten Robotereinsatz alte 200-mm-Chipfabriken selbst in den Hochlohnländern Europas dauerhaft wettbewerbsfähig halten kann.
Diese besondere Expertise wollen Unternehmer und Wirtschaftspolitiker aus dem Silicon Saxony nun nutzen, um Sachsen auch in die oberste Liga der europäischen Robotik-Standorte zu befördern. Als Auftakt-Paukenschlag für diesen Plan gab es in der Landeshauptstadt vom 16. bis 22. September 2021 ein neues ,Dresden Robotics Festival'. Das brachte Entscheider aus der Branche, Visionäre und junge Gründer aus aller Welt zusammen und sollte in ihnen den Gedanken formen: Um Dresden führt künftig in der Robotik kein Weg mehr vorbei. Das hat Geschäftsführer Thomas Schulz vom Veranstalter ‚Robot Valley Saxony' erklärt.
„Wir als Wirtschaftsförderung Dresden sehen im Robotikcluster ein enormes Wachstumspotenzial und arbeiten bereits seit längeren intensiv daran, den Robotikstandort Dresden als funktionierendes Ökosystem mit seinen Start-ups und etablierten Firmen in überregionales Licht zu rücken“, ergänzte der Dresdner Wirtschaftsförderungs-Chef Robert Franke. Hintergrund: Franke und sein Team hatten schon 2020 die Parole vom ‚Robot Valley Dresden' ausgegeben – wobei sie inzwischen eben auch Gleichgesinnte aus der Wirtschaft gefunden und die Idee eines führenden Robotik-Clusters auf ganz Sachsen ausgedehnt haben. „Wir haben ehrgeizige Ziele“, sagte Thomas Schulz. „Wir wollen Dresden zum europäischen Robotik-Hub ausbauen.“ Dies sei der nächste logische Schritt, nachdem sich Sachsen als Mikroelektronik-Standort von internationalem Rang profiliert habe. „In fünf oder sechs Jahren wollen wir die Schärpe vor der ersten großen Roboterfabrik in Sachsen durchschneiden“, formulierte er ein ambitioniertes Ziel.
Fokus auf Cobotics und No-Code-Robotik
Zwar ist realistischerweise kaum damit zu rechnen, dass die Branchengroßen ihre Industrieroboter-Produktion von ihren angestammten Standorten in Japan, der Schweiz, Skandinavien, Süddeutschland, China oder Frankreich eilends nach Sachsen verlagern. Doch Branchenkenner halten Schulzes Ansiedlungswünsche keineswegs für bloße Traumtänzerei: Wenn die Marktnachfrage weiter so stark wächst wie bisher und sich Sachsens Robotik-Akteure weiter mit Innovationen zum Beispiel in der intuitiven Roboter-Anlernung (‚No Code Robotik') und kollaborativen Robotik (‚Cobotics') hervortun, könnten hier durchaus Produktionskapazitäten für eine ganz neue Roboter-Generation jenseits der klassischen Industrieroboter entstehen.
Der Bedarf an neuen Robotern sei derzeit jedenfalls weltweit riesig – und auf diesen Zug könne Sachsen aufspringen, argumentiert auch Olaf Gehrels vom ,Deutschen Robotik-Verband' (DRV) aus Trier. Markttreiber sind einerseits langfristige Automatisierungsziele vieler Industrieunternehmen, die Corona-Erholung, aber auch der Wunsch, durch Roboter jene Lücken zu schließen, die der wachsende Fachkräftebedarf gerissen hat. All das kurbele die Robotik weltweit an. „Und da müssen wir aufpassen, dass wir den Anschluss nicht verpassen“, warnt Gehrels. Diese Wachstumskurve sei eine besondere Chance für Deutschland, ganz besonders aber auch für Sachsen.
Dass gerade jetzt die Robotik wieder stärker in den Fokus deutscher und europäischer Akteure rückt, ist kein Zufall: Die ,Internationale Förderation für Robotik' (IFR) aus Frankfurt am Main zum Beispiel rechnet mit der Möglichkeit, dass Roboter die deutschen Lieferkettenprobleme bei Pandemien und Katastrophen lösen, vielleicht gar zur einer Re-Industrialisierung der europäischen Industrieländer führen könnten. Die Argumentation dabei: Die komplexen und lernfähigen Roboter von heute können nun auch viele Aufgaben erledigen, die Europas Industrie früher wegen des hohen Personalaufwandes in Entwicklungs- oder Schwellenländer delegiert hatte. Durch Hochautomatisierung und flexiblere Robotik verlieren dann eben auch die Lohnkostenvorteile von China, Indien & Co. an Bedeutung.
Sachsen sehen viel Marktpotenzial durch ‚Predictive Maintenance'
„Wenn vorausschauende Wartung die Lebenszeit einer Anlage verlängert und ihren Energieverbrauch senkt, hilft das letztlich, CO2-Emissionen zu mindern“, Anja Vedder, Industrial AnalyticsEng gekoppelt an die Robotik und Mikroelektronik kristallisieren sich auch Künstliche Intelligenz (KI) und ,Vorausschauende Wartung' (‚Predictive Maintenance') als zwei Trendsektoren heraus, in denen die Akteure im ‚Silicon Saxony' mit spezialisierten Lösungen Marktlücken besetzen wollen. Die Idee dabei: Die akkumulierte Erfahrung mit der Nachautomatisierung von älteren Chipfabriken lässt sich auch für andere Betriebe nutzen, deren Maschinenpark eher von klassischen technologischen Ansätzen dominiert wird, in denen Industrie 4.0-Ansätze aber noch erhebliche Produktivitätsreserven heben könnten. Ein Beispiel: Viele Werkzeugmaschinen in metallverarbeitenden Fabriken lassen sich durchaus per Retrofit mit Sensoren und dezentraler Elektronik so nachrüsten, dass eine KI ihre ,Gesundheit' und den Verschleißgrad danach gut abschätzen kann.
Aus den Daten der nachgerüsteten Vibrationssensoren, Mikrophone, Beschleunigungs- und anderen Sensoren kann die KI dann ,heraushören', ob beispielsweise eine Welle nicht mehr rund läuft, ein Ventil leckt oder sich eine Anomalie anbahnt. Dann kann das System dem zuständigen Ingenieur oder Techniker eine Reparatur-Empfehlung geben. Umgedreht erkennt das Predictive Maintenance-System aber auch, ob ein Bauteil noch sehr gut funktioniert, obwohl die formal vom Hersteller vorgeschlagene Zeit für einen Austausch schon verstrichen ist. Im ersten Fall vermeidet vorausschauende Wartung womöglich einen Totalausfall der gesamten Anlage oder Taktstraße, im anderen Fall überflüssige Austausch-Aktionen – und mindert letztlich auch Wegwerfmentalität und Ressourcenverschwendung.
„Allein bei der Wartung lassen sich damit 30 Prozent der Kosten sparen“, schätzte Expertin Anja Vedder vom Berliner Unternehmen Industrial Analytics, das auf Artificial Intelligence (AI) und das Internet of Things (IoT) spezialisiert ist. Außerdem kann Predictive Maintenance langfristig für einen stabileren, hochzuverlässigen Produktionsablauf sorgen.
Ein Beispiel dafür ist eine Lösung, die Globalfoundries Dresden mit Partnern in der ‚Digital Product Factory' des ‚Smart Systems Hub' für seine Reinstwasser-Versorgung realisierte: Mit Sensorplattformen der Firma Sensry rüstete das Entwickler-Netzwerk die Reinstwasser-Ventile der Chipfabrik I4.0-tauglich auf. Die Dresdner Softwareschmiede Coderitter programmierten dann Machine-Learning-Algorithmen, mit denen die Künstliche Intelligenz in einer Edge Cloud anhand detektierter Geräuschen den tatsächlichen Ventilzustand erkennen kann. Ein Dashboard von T-Systems MMS bereitete die Analyseergebnisse dann für die Globalfoundries-Ingenieure auf, um die richtigen Zeitpunkte für Wartung, Reparatur oder Austausch der Ventile zu finden. Das spart Geld und erhöht die Ausfallsicherheit in Europas größter Chipfabrik. Auch Ionen-Implanter im Reinraum überwacht das Unternehmen inzwischen vorausschauend.
„Bezogen auf die reinen Instandhaltungskosten sehen wir Vorteile von bis zu 20 Prozent gegenüber der klassischen vorbeugenden Instandhaltung mit festgelegten Intervallen“, so der leitende Ingenieur Axel Preusse von Globalfoundries. „Die Reduzierung ungeplanter Ausfälle und damit einhergehender Schäden bringt weitere Vorteile“. Deshalb wollen die Halbleiter-Experten ihre PM-Technologien nun verbessern und breiter einsetzen. Dank Künstlicher Intelligenz werde es künftig möglich sein, auch komplexe Systeme vorausschauend zu planen – ähnlich wie es die Kollegen von Bosch in ihrer neuen Dresdner Chipfabrik gerade vorbereiten.
20 bis 40 Prozent Umsatzwachstum pro Jahr erwartet
Angesichts dieser Vorteile sind die Umsatzpotenziale für Anbieter von Hard- und Software rund um Predictive Maintenance erheblich: „In den nächsten Jahren ist mit einem Wachstum im zweistelligen Prozentbereich zu rechnen“, heißt es in einer Studie, die Roland Berger 2017 im Auftrag des VDMA erstellt hatte. Neuere Studien haben die Prognosen teilweise bereits angehoben: Die Analysten von QYResearch zum Beispiel schätzen die aktuellen Umsätze mit Predictive Maintenance für 2021 auf rund 6 Mrd. € und rechnen mit jährlichen Raten um die 29 %. Die Experten von Markets and Markets rechnen damit, dass der PM-Weltmarkt auf etwa 10 Mrd. € im Jahr 2025 wächst. Und viele deutsche und speziell auch sächsische Technologieunternehmen hoffen, an diesem noch jungen Geschäftsfeld in den kommenden Jahren erheblich zu partizipieren.
Zur Person
Heiko Weckbrodt ist freier Journalist und Wirtschaftshistoriker in Dresden. In seinem Nachrichtenportal oiger.de sowie als Gastautor für verschiedene Medien berichtet er tagtäglich über die Wirtschaft und Wissenschaft in Sachsen.
Schaltkreis-Design und Fertigungstechnologie untrennbar verwoben
Mitte September beschäftigte sich ein Event in Dresden mit einem Branchentrend, der bereits seit einigen Jahren zu beobachten ist: Die ‚International Conference on IC Design and Technology' (ICICDT) zeigte auf, dass der Entwurf von integrierten Schaltkreisen (IC) heute nicht mehr von den eingesetzten Fertigungstechnologien zu trennen ist. Beides muss der Mikroelektronik-Designer zusammen denken, um mehr Leistung, geringeren Energieverbrauch oder höhere Packungsdichte analog-digitaler Komponenten aus seinem Entwurf herauszukitzeln.
„Der Trend in der IC-Industrie geht zu spezialisierten Systemdesigns und zur Fertigungsauslagerung, wie zum Beispiel in fabless design houses und wafer foundries“, so die Experten vom Fraunhofer-Institut für Photonische Mikrosysteme (IPMS) in Dresden, die zu der Konferenz eingeladen hatten. „Damit steigt auch der Bedarf an Personen mit multidisziplinären technischen Fähigkeiten für eine systemübergreifende Zusammenarbeit.“
Im Fokus der Tagung zwischen 15. und 17. September standen beispielsweise der Entwurf von Galliumnitrid-Leistungshalbleitern, Memristoren und neuromorphen Schaltkreisen sowie photonische Schaltungen und die 3D-Integration von ICs. Ein zentrales Anliegen trat dabei immer wieder in den Vordergrund: die Grenze zwischen Design und Prozesstechnologie bei Produktentwicklung und Fertigung zu überschreiten.
Quellen:
Bosch Symposium ,60 Jahre Mikroelektronik in Dresden',
Sächsisches Wirtschaftsministerium (SMWA),
Globalfoundries, Industrial Analytics,
