Kräftiger Schub für Elektronikstandort Dresden

Stefan Hartung ist Vorsitzender der Geschäftsführung von BoschObgleich sich der sächsische Hochtechnologiesektor wie die gesamte deutsche Industrie derzeit sehr um Energiepreise, Kriege und Fachkräfteengpässe sorgt, macht sich dennoch eine gewisse Aufbruchsstimmung breit. Das liegt unter anderem an den Mikroelektronik-Sonderförderprogrammen von EU und Bund – auch wenn daraus noch immer kein Cent geflossen ist.

Die Mikroelektronik und verwandte Branchen in Sachsen haben auch in pandemischen Zeiten zugelegt. Das hat eine Zwischenbilanz des sächsischen Hightech-Branchenverbandes ‚Silicon Saxony' ergeben. Demnach beschäftigen die rund 2600 Hightech-Betriebe im Dreieck Dresden – Freiberg – Chemnitz mittlerweile rund 73.000 Menschen und damit 3,6 % mehr als vor der Corona-Krise. Der Gesamtumsatz lag zuletzt bei rund 16 Mrd. €. „Und wir werden weiter wachsen“, ist Verbands-Geschäftsführer Frank Bösenberg überzeugt. Er rechnet für das Jahr 2030 bereits mit über 100 000 Jobs im ostsächsischen Hightech-Cluster.

Die jüngste Erfolgsmeldung für die sächsische Halbleiterwirtschaft kam aus Schwaben: Der Elektronikkonzern Bosch investiert 250 Mio. € in den Ausbau seiner Dresdner Chipfabrik und richtet außerdem für 170 Mio. € zwei Entwicklungszentren in Dresden und Reutlingen ein. Das Dresdner Zentrum wird rund 100 Experten beschäftigen und sich vor allem auf Halbleiter sowie Mikroelektromechanische Systeme (Mems) für die Automobilindustrie fokussieren. Das hat Bosch-Chef Stefan Hartung angekündigt. 2023 soll auch der Fabrikausbau in Dresden beginnen: Das Unternehmen will den Reinraum dort um ein Drittel auf rund 13 000 Quadratmeter vergrößern. Dies soll unter anderem neue Fertigungskapazitäten für Radarsensoren-Mems für die Automobilindustrie schaffen.

Ein Hintergrund dafür ist die weiter angespannte Versorgungslage mit Halbleitern in der Automobilindustrie. „Wir drücken aufs Tempo angesichts der Lieferengpässe in unseren Branchen“, versprach Stefan Hartung – und skizziert auch den Weg dorthin, der für ihn über Kapazitätsausbau und den Einsatz neuester Fertigungs- und Qualitätskontroll-Technologien führt. Dabei sollen die Erfahrungen in Dresden als Blaupause für andere Standorte dienen.

4000 m² Reinraum des Center for Advanced CMOS & Heterointegration Saxony

„Unser Werk hier ist die modernste Chipfabrik Europas“, betonte Hartung. „Schon in kürzester Zeit hat die Produktion hier in Dresden einen hohen Reifegrad erreicht. Schneller als geplant, läuft sie hoch, nachdem sie schon ein halbes Jahr früher als vorgesehen beginnen konnte. Erstmals praktizieren wir in der neuen Chipfabrik eine KI-basierte Qualitätsfreigabe. Damit konnten wir die Kundenfreigaben beschleunigen. Dies ist eine Fabrik, die schon jetzt die Zukunft der industriellen Produktion zeigt – voll vernetzt, voller KI.“

Berlin und Brüssel haben die Schüsselrolle der Mikroelektronik erkannt

Setzen auf nichtflüchtige ferroelektrische Speicher auf Hafniumbasis: (v.l.n.r.) Prof. Thomas Mikolajick und FMC-Chef Ali Pourkeramati im neuen Labor von ‚The Ferroelectric Memory Company‘Um den avisierten Ausbau in Sachsen zu realisieren, hat Bosch Subventionen aus den Förderprogrammen für ‚Wichtige Projekte von gemeinsamem europäischen Interesse in der Mikroelektronik II' (Ipcei-ME II) beantragt. Bereits für die milliardenschwere Erstinvestition in die Dresdner Fab hatte das Unternehmen ab 2018 Ipcei-Beihilfen bekommen. Auch Globalfoundries, Infineon und weitere Akteure am Standort warten bereits auf grünes Licht aus Brüssel, denn auch sie wollen mit Ipcei-Milliarden geplante Fabrikerweiterungen kofinanzieren. Zudem winken für Folgeprojekte bald Gelder aus dem ‚Europäischen Chipgesetz', dessen Entwurf inzwischen veröffentlicht worden ist. Zwar mischt sich auch hier Essig in den Wein, denn der Entwurf sieht an EU- und staatlichen Zuschüssen nur elf Mrd. Euro vor, die zudem aus anderen Fördertöpfen umgeleitet werden sollen. Dennoch macht sich Optimismus in der sächsischen Hightech-Industrie breit: Ganz offensichtlich haben nun sowohl Berlin wie auch Brüssel die besondere Schlüsselrolle der Mikroelektronik für die gesamte Wirtschaft anerkannt.

„Die Möglichkeiten von Ipcei sowie des kommenden EU Chips Act zeigen Wirkung: Die Produktion in Europa wächst“, argumentierte Vorstandsvorsitzender Dirk Röhrborn vom sächsischen Hochtechnologie-Branchenverband ‚Silicon Saxony' und verwies auf die Ausbaupläne von Bosch. Dies sei zugleich ein wichtiges Signal für die europäischen Anwenderindustrien: „Es fördert das Vertrauen in regionale Wertschöpfungs- und Lieferketten und sichert Europas digitale Souveränität. Das neue Forschungs- und Entwicklungszentrum, welches Bosch in Dresden ansiedelt, stärkt die Innovationskraft der Hightech-Region Silicon Saxony und macht den Standort attraktiv für Toptalente aus aller Welt.“

Fraunhofer: Ein Leuchtturm der Halbleiterforschung mit internationaler Reichweite entsteht

Justage einer verschränkten Photonenpaarquelle im Applikationszentrum Quantenkommunikation am Fraunhofer IIS/EAS Auch Fraunhofer hat diese Innovationskraft in Sachsen nun noch einmal deutlich gestärkt: Wie bereits im vorherigen ‚Bericht aus Dresden' angekündigt, bündelt die Forschungsgesellschaft nun einen großen Teil ihrer Mikroelektronik-Forschungen in Dresden in einem neuen ‚Center for Advanced CMOS & Heterointegration Saxony' (Cachs). „Ein Leuchtturm der Halbleiterforschung mit internationaler Reichweite entsteht in Dresden“, verspricht Fraunhofer. Das Zentrum könne in einem Reinraum mit 4000 m² Größe nun die „komplette Wertschöpfungskette in der 300-mm-Mikroelektronik“ abbilden, bis hin zur Endmontage.

Forschungsschwerpunkte sollen unter anderem neue Technologien für die Frontend-Produktion und das Packaging neuer Hochleistungs-Chips und -Chiplets sowie Niedrigenergie-Elektronik sein. Außerdem wollen die Fraunhofer-Teams Pilotlinien für neuartige Elektronik aufbauen, die sich in Teilen ganz von heutigen Konstruktionsprinzipien verabschiedet. Geplant ist einerseits eine Pilotline für supraleitende Quantenprozessoren auf Siliziumbasis. Eine weitere Pilotlinie soll neuromorphe Schaltkreise herstellen, die für ‚Künstliche Intelligenz' (K. I.) optimiert sind.

Dabei wollen sich die Forscher um den Fraunhofer-Spezialisten Dr. Benjamin Lilienthal-Uhlig auf eine Technologie stützen, an der ursprünglich bereits ‚Qimonda' gearbeitet hatte: nichtflüchtige ferroelektrische Speicher auf Hafniumoxid-Basis, die um Größenordnungen schneller und energiesparsamer arbeiten als heutige ‚merkfähige' Speicher. Nach der Pleite des letzten großen deutschen Speicherchipherstellers hatte das Namlab der TU Dresden dieses Projekt fortgeführt. Und dem Team um Professor Thomas Mikolajick gelang schließlich, woran viele andere vor ihnen gescheitert waren: Sie konstruierten hafniumbasierte nichtflüchtige Speicherzellen, die sich mit gängigen CMOS-Prozessen vertragen, langzeitstabil bleiben – und etwa 1000 Mal schneller als marktübliche Flash-Chips schalten. Um diesen Speicherpfad zu kommerzialisieren, hat die Dresdner Uni mit ‚The Ferroelectric Memory Company' (FMC) ein Unternehmen ausgegründet.

1000-mal schneller als Flash: „Wir sehen die Chance auf einen ganz großen Sprung“

Zudem hat diese Technologie womöglich das Potenzial, die bisher starren Grenzen zwischen Speicher und Rechenwerken, also die Grenzen der Von-Neumann-Architektur in heutigen Computersystemen aufzuheben. Am Cachs glaubt man sogar, dass die neuen Zellen eine mittlere Revolution in der Nanoelektronik anstoßen könnte. Auf Basis dieser sächsischen Erfindung wollen daher Fraunhofer, das Namlab der TU Dresden, Globalfoundries und weitere Partner im neuen Forschungszentrum die besagte Pilotlinie für neuromorphe Computertechnik aufbauen. „Wir sehen die Chance auf einen ganz großen Sprung mit dieser Technik“, erklärt Benjamin Lilienthal-Uhlig.

Um diese und weitere Zukunftsprojekte voranzutreiben, soll die Cachs-Belegschaft bis 2027 von derzeit 133 auf bis zu 200 Köpfe wachsen. 140 Mio. € Euro sind bereits in Umzüge und neue Anlagen geflossen. Weitere millionenschwere Ausbauten sind in dieser Dekade vorgesehen – wenn der sächsische Landtag dafür in den nächsten Jahren die avisierten Zuschüsse bereitstellt. Auch hier hofft man übrigens auf den ‚European Chips Act' (ECA): Wenn die Finanzierung und vor allem die Beihilfen zulassen, will das Führungsduo Wenke Weinreich und Manuela Junghähnel das Cachs mit europäischer Hilfe noch einmal stark vergrößern.

Parallel dazu schließt Fraunhofer weitere Lücken in der mikroelektronischen Forschungskette: Für 27 Millionen Euro hat der Fraunhofer-Institutsteil für die ‚Entwicklung Adaptiver Systeme' (EAS) in Dresden ein neues Hauptquartier bekommen. Der Fünfgeschosser in direkter Nähe zum TU-Campus umfasst rund 4.300 Quadratmeter Nutzfläche. Er enthält Büros, Labore, Versuchshallen, Expertimental- und Messräume, in denen die Forscher neue Chipfertigungsprozesse analysieren und bessere Schaltkreis-Verpackungssysteme (‚Packaging') erproben können. In diesem Zuge hat das EAS nun auch neue Forschungsaufgaben übernommen: Kognitive Sensorik, der Entwurf komplexer mikroelektronischer Systeme, K. I., Roboter- und Autoelektronik, hochzuverlässige Schaltkreise und Chiplets stehen nun mit auf der wissenschaftlichen Agenda.

Neues Labor für Quantenkommunikation eingerichtet

In ihrem neuen Labor für Quantenkommunikation gelangen den EAS-Forschern auch schon erste Erfolge, die aufhorchen lassen: Innerhalb des Institutsgebäudes konnten sie bereits via Glasfaser eine quantengesicherte Kommunikation aufbauen. Als nächstes wollen sie diese Quantenkommunikationsnetze schrittweise auf andere Standorte in Sachsen und dann auch nach Bayern und Thüringen verlängern. Als wichtiges Etappenziel für die Zukunft sehen die Partner weitgehend abhör- und manipulationssichere Behördenkommunikationsnetze für die beteiligten Bundesländer.

Diese Fortschritte sind auch Fraunhofer-Präsident Prof. Reimund Neugebauer zu Ohren gekommen: „Damit spielen wir international ganz vorn mit“, lobte er die Dresdner. In kleinerem Kreis schaute Neugebauer für das Haus – das bisher eine Tochtereinrichtung des Fraunhofer-Instituts für Integrierte Schaltungen (IIS) in Erlangen ist – auch schon mal etwas in die Zukunft: Wenn das EAS weiter solche Erfolge vorzuweisen habe, sei nicht auszuschließen, dass es letztlich in den Rang eines eigenständigen Instituts erhoben werde, orakelte der Fraunhofer-Präsident.

Bund übernimmt dauerhafte Finanzierung für ausgewählte KI-Zentren

Programmieren und entwickeln im Ambiente einer ehemaligen Maschinenfabrik: Das Software-Entwicklungszentrum SID von VW nach dem Umzug in die Universellen Werke DresdenUnterstützung bekommt ebenfalls die universitäre KI-Forschung in Sachsen: Um K. I. in der Bundesrepublik voranzutreiben, bekommen fünf deutsche KI-Forschungszentren in Zukunft ab sofort dauerhaft rund 100 Mio. € jährlich von Bund und den jeweiligen Standort-Ländern. Eines der ausgewählten Zentren ist das ‚Center for Scalable Data Analytics and Artificial Intelligence' (Scads.Ai) der Unis Dresden und Leipzig. Mit der – zunächst nur auf Zeit gewährten – Anschubfinanzierung von Bund und Freistaat habe das sächsische Zentrum bereits erhebliche „Forschungsstärke und Exzellenz“ erreicht, betonte TUD-Professor Wolfgang Nagel, der das Scads.Ai gemeinsam mit dem Leipziger Professor Erhard Rahm leitet. „Unser Ziel ist, diese Exzellenz mit weiteren Professuren und Nachwuchsgruppen sowohl in der KI-Grundlagenforschung als auch in datenintensiven Anwendungsfeldern wie in den Lebenswissenschaften und den Erdwissenschaften voranzutreiben.“ An den Partneruniversitäten in Sachsen entstehen in diesem Zuge bis zu zwölf neue KI-Professuren sowie eine Humboldt-Professur.

Und auch die Privatwirtschaft investiert derzeit kräftig in die Forschungskapazitäten im Silicon Saxony: Noch im Herbst 2022 will Vodafone auf dem Gelände des ehemaligen Schlachthofs in Dresden ein neues Entwicklungszentrum eröffnen. Dort sollen im Endausbau 200 hochspezialisierte Menschen neue Technologien für das ‚Metaversum', die Digitalisierung der Medizin, die vernetzte Landwirtschaft, Robotik und die kommenden Mobilfunk-Standards entwickeln. „Im Dresden-Hub erdenken wir die Zukunft der Digitalisierung“, kündigte Vodafone-Innovationschefarchitekt Ralf Irmer an. „Hier entsteht mit 6G die nächste Mobilfunkgeneration.“

Geplant sind in der Startphase unter anderem Kooperationen mit bereits angeschobenen Projekten. Dazu gehören das 5G-Campusnetz bei BASF in Schwarzheide, das geplante Bau-Großforschungszentrum der TU Dresden in der Lausitz sowie das Projekt ‚Landnetz' nordwestlich von Dresden, bei dem TU, Fraunhofer, Vodafone und weitere Partner bereits seit geraumer Zeit die Landwirtschaft 4.0 und das vernetzte Dorfleben der Zukunft erproben. Auch möchte der Konzern den im Erzgebirge wachsenden ‚Smart Rail Connectivity Campus' (SRCC) mit den neu gewonnenen Kompetenzen in Dresden zu einem führenden europäischen Eisenbahntechnologie-Standort ausbauen.

Das Unternehmen will nun möglichst rasch eine schlagkräftige Truppe aus Programmierern sowie Experten für Rechnerwolken (‚Clouds'), Augmentierte Realitäten (AR), Datenwissenschaftler und anderen Spezialisten aufzubauen. Dabei spekuliert der Kommunikationskonzern auf Dresdner Fachkräfteschmieden wie die TU und die HTW und die zahlreichen außeruniversitären Institute – und hat bereits mit der Anwerbung begonnen.

US-Autoelektronikkonzern Indie baut Entwicklungs- und Testkapazitäten in Dresden auf

Auch ‚Indie Semiconductor' setzt auf das Ingenieurpotenzial in Dresden: Der US-amerikanische Autoelektronikkonzern hat hier eine deutsche Tochter gegründet. Indie Deutschland ist vor allem als Designschmiede und Testzentrum für neue Automobil-Chips gedacht. Spezialisiert ist das Dresdner Team vor allem auf Schaltkreise mit digitalen und analogen Komponenten, die mit Ultraschall- oder LidDAR-Sensoren und Elementen ‚Künstlicher Intelligenz' (KI) gekoppelt sind. Inzwischen ist die erst zweieinhalb Jahre junge Firma wegen starken Wachstums schon zum zweiten Mal innerhalb Dresdens umgezogen. „Wenn wir weiter so wachsen, werden wir in naher Zukunft schon wieder eine neue Lösung brauchen“, so Indie-Deutschland-Chef Klaus Hermann.

Gewachsen ist unterdessen auch das Entwicklungszentrum von Volkswagen in Dresden und deshalb ebenfalls in ein größeres Domizil umgezogen: Von einer kleinen Startmannschaft, die im Jahr 2019 die Arbeit in der gläsernen VW-Manufaktur aufgenommen hat, ist das ‚Software Innovation Development Center' (SID) mittlerweile auf 50 Beschäftigte expandiert und soll in den nächsten Jahren auf etwa 80 Köpfe weiterwachsen.

VW-Innovationszentrum fokussiert sich auf Fabrikcloud

Das Kernprodukt der VW-Gruppe ändere sich seit geraumer Zeit massiv, erklärte SID-Leiter Uwe Wieland die Hintergründe: Elektrische Antriebe, autonomes Fahren, Konnektivität und ähnliche digitale Merkmale bestimmen über den Marktwert eines Autos in wachsendem Maße mit. Parallel dazu verändern sich die Produktions- und Logistikprozesse für die Automobilfabriken. Hier will VW künftig auch mehr und mehr Methoden der KI und andere moderne digitale Technologien einsetzen, für die Dresden besonders prädestiniert ist: „Mit der rasanten Entwicklung der industrienahen Softwareindustrie und der Vorreiterrolle von TU und HTW in der Kommunikationstechnologie verfügt Dresden über klare Standortvorteile“, meint Wieland.

Denn eben dort setzt das noch junge Entwicklungszentrum seine Schwerpunkte: Gemeinsam mit der Amazon-Tochter AWS entwickeln die Dresdner eine komplett neue digitale Produktionsplattform mit eigener Cloud für Werke der Volkswagen-Gruppe weltweit. Außerdem arbeiten die 50 Expertinnen und Experten an konkreten Anwendungsszenarien: an einer cloud-gestützten modernen Bauteile-Planung für die Automontage, an möglichst einfachen Wegen, um Roboter zum Beispiel für die Qualitätskontrolle anzulernen, und an Systemen, die alle Fahrzeuge, Behälter und Komponenten in einer Fabrik die ganze Zeit über orten können. Als dies soll die Fertigungskosten drücken und für hohe Qualität sorgen, mit der sich VW gegen neue Wettbewerber wie Tesla aus den USA oder chinesische Anbieter auf dem europäischen Markt abzuheben versucht.

Quellen

Bosch, Silicon Saxony, FHG, IPMS, Assid, EAS, Indie Deutschland, Volkswagen, Oiger.de