TSMC-Megafab beschlossen: Schub für Sachsen und Europa – Derweil forciert sich aber auch die Debatte um Milliardensubventionen, Fachkräfteprobleme und Ressourcenverbrauch

Die ersten Reaktionen auf die TSMC-Ankündigungen waren jedenfalls erst mal enthusiastisch. „Ich bin froh und stolz, dass der Freistaat mit seinen Standortvorteilen überzeugen konnte und mit TSMC einer der weltweit führenden Chiphersteller sein erstes europäisches Halbleiterwerk in Sachsen errichten will“, begrüßte beispielsweise der sächsische Ministerpräsident Michael Kretschmer (CDU) die Entscheidung der Taiwanesen. „Eine robuste heimische Halbleiterproduktion ist von besonderer Bedeutung für unsere globale Wettbewerbsfähigkeit, denn Halbleiter halten unsere Welt am Laufen und machen die Transformation hin zur Klimaneutralität erst möglich“, meint wiederum Bundeswirtschaftsminister Robert Habeck (Grüne). „Die Investition von TSMC wird daher substanziell dazu beitragen, die Versorgung Deutschlands und Europas mit Halbleiterchips zu sichern.“ In der staatlichen Wirtschaftsförderung Sachsen (WFS) war von einem „echten Quantensprung nicht nur für den Standort, sondern auch für Deutschland und Europa insgesamt“ die Rede.

Das mag kaum wundern, denn die Großansiedlung hat eine ganz eigene Qualität: Europas Mikroelektronik vernetzt sich damit in viel höherem Maße als bisher mit den großen Playern in Fernost. Das schlägt sich auch in der – für TSMC eher ungewöhnlichen – Konstruktion nieder, dass der Konzern seine neue Megafab nicht allein, sondern als Joint-Venture mit Infineon, Bosch und NXP hochziehen und betreiben will – wenngleich die Taiwanesen das Sagen haben werden. Pro Monat soll die Fabrik nach dem Ramping bis zu 40.000 Siliciumscheiben (Wafer) der 300-Millimeter-Klasse zu Chips mit Strukturgrößen zwischen 28 und 12 nm (Millionstel Millimeter) erzeugen. Ein Superlativ an der ganzen Geschichte steckt aber vor allem in den Subventionen: Bund und Land haben zugesagt, gemeinsam immerhin 50 % (!) der 10-Mrd. €-Investition aus Steuergeldern zuzuschießen. So eine hohe Subventionsquote hat bisher noch kein Halbleiter-Unternehmen im Rahmen des ‚European Chips Act' ausgehandelt, nicht einmal Intel.

Hoffnung und Bangen im Mittelstand

„Von der milliardenschweren Investition durch den weltweit umsatzstärksten Halbleiterhersteller TSMC wird direkt und indirekt auch das ostsächsische Handwerk profitieren“, meint Handwerkskammer-Präsident Jörg Dittrich. Zugleich verweist er aber auf den Fachkräftemangel, der kleine Betriebe oft viel früher erreicht als die Konzerne. „Wir müssen jetzt beim Thema Fachkräfteentwicklung und gesteuerter Zuwanderung von Fachkräften vorankommen.“

Fachkräfte-Probleme stehen ganz oben auf der Tagesordnung

Für das Fachkräfteproblem der erstarkenden Halbleiterbranche im Freistaat und in ganz Deutschland kristallisieren sich vielversprechende Ansätze heraus. Einerseits planen die Sachsen spezielle Studenten- und Forscheraustausch-Programme mit Taiwan, um hiesige Nachwuchsakademiker für das Curriculum, das TSMC aus der Heimat gewohnt ist, zu adaptieren.

Andererseits starten das Bundesforschungsministerium und das Zentrum für fortgeschrittene Elektronik Dresden (Cfaed) das Projekt ‚Forlab Natalie'. Das mit 2,1 Mio. € vom Bundesforschungsministerium dotierte Vorhaben soll „die Sichtbarkeit der Mikroelektronikforschung an Hochschulen erhöhen, den Technologietransfer in die Anwendung beschleunigen und Nachwuchsausbildung über Hochschulgrenzen hinaus fördern“, heißt es von der TU Dresden, an der das Cfaed angesiedelt ist. Zu den Projektpartnern gehören die Unis Bochum und Ilmenau.

Prof. Thomas MikolajickGeplant seien im Zuge von ‚Forlab Natalie' unter anderem Pilotprojekte zur Nachwuchsförderung, kündigte der Dresdner Projektkoordinator Prof. Thomas Mikolajick an. „Wir werden hochschulübergreifende Formate für die studentische Ausbildung und Nachwuchsgewinnung als bundesweite Best-Practice-Beispiele initiieren und mit nationalen und europäischen Ausbildungsinitiativen wie der Mikroelektronik-Akademie der Forschungsfabrik Mikroelektronik Deutschland (FMD) vernetzen.“

Aber auch viele infrastrukturelle Herausforderungen sind zu bewältigen. Und so fordert beispielsweise Geschäftsführer Frank Bösenberg vom sächsischen Mikroelektronik-Branchenverband ‚Silicon Saxony', Dresden müsse enger mit den benachbarten Landkreisen Bautzen und Meißen kooperieren, damit die derzeit sehr dynamische Entwicklung in der sächsischen Hightech-Branche nicht durch allerlei praktische Probleme ausgebremst werde. So müssten beispielsweise die Städte und Dörfer rings um die Chipindustrie im Dresdner Norden besser durch S-Bahnen, Busse und über andere Verkehrsmittel angeschlossen werden. Dies eröffne dann neue Möglichkeiten für Fachkräfte, die in den Dresdner Chipfabriken anheuern, rings um die Stadt zu wohnen. Auch müsse über zusätzliche Schul- und Kita-Kapazitäten nachgedacht werden. „Wenn wir das richtig anstellen, dann profitieren die gesamte Region und auch der ländliche Raum davon.“

Taiwanesen bringen neue Schaltkreis-Expertise nach Europa mit

Auf jeden Fall dürfte die neue Fabrik zusätzliches technologisches Know-how nach Europa bringen und die Zulieferketten in der deutschen Autoindustrie – zumindest mit Blick auf den Nachschub an Automobilelektronik – härten. Zwar wird die Fab in Dresden nicht mit den allerneuesten TSMC-Fertigungstechnologien der 3-nm-Generation ausgerüstet, dennoch ist der Mehrwert für die hiesigen Industrie nicht zu unterschätzen, wenn hier demnächst auch 12-nm-Automobilschaltkreise lokal verfügbar sind. Zudem sagt die Strukturgröße nicht alles aus: Beim Schichtaufbau, Materialeinsatz und nicht zuletzt in puncto Chiplet-Methodik hat TSMC so gut wie allen europäischen Chipfabriken viel voraus. Und der Gedanke ist naheliegend: Wenn die Taiwanesen einmal soviel Geld in eine Megafab in Deutschland, nahe bei wichtigen Kunden aus der Automobil-Industrie, investiert haben, werden sie später im nächsten Generationszyklus die Dresdner Fab höchstwahrscheinlich auch mit neueren Anlagen nachrüsten – so dass dann doch Sub-10-nm-Technik nach Sachsen kommen könnte.

Halbleiter-Allianz ‚Esra' gegründet

Dahinter steht indes die Erwartung, dass die jüngsten Investitionen von Intel, Infineon, TSMC und anderen Akteuren auch dem Europäischen Chipgesetz mehr Dynamik verleihen. Daher haben Sachsen und 26 weitere europäische Mikroelektronik-Regionen nun eine ‚European Semiconductor Regions Alliance' (Esra) geschmiedet. Die neue Allianz ist vor allem als Interessenvertreter der europäischen Hightech-Regionen bei der EU-Kommission gedacht, wenn es um die Verteilung von Mikroelektronik-Subventionen geht. Esra soll aber auch neue Wertschöpfungs-Netze in Europa knüpfen, die Mikroelektronik-Forschung fördern, Fachkräfte-Engpässe in der Halbleiterindustrie mindern und neue Wege finden, um den wachsenden Bedarf der Chipwerke an Wasser, Strom und anderen Ressourcen möglichst umweltfreundlich zu decken.

Thomas SchmidtEbenfalls auf der Esra-Agenda stehen die vieldiskutierten Forderungen, Europa möge sich unabhängiger von störanfälligen Lieferketten aus Asien und Amerika machen. „Digitalisierung, Energiewende, Elektromobilität, Künstliche Intelligenz – diese brennenden Herausforderungen meistern wir nur, wenn die dafür benötigten Chips jederzeit verfügbar sind“, argumentierte der sächsische Wirtschaftsminister Martin Dulig (SPD). „Gegenwärtig geht es vor allem darum, sich aus der hohen Abhängigkeit vom amerikanischen und insbesondere vom asiatisch/chinesischen Markt zu lösen.“

„Nach der Verabschiedung des European Chips Act geht es nun um die Umsetzung, um die Ansiedelung neuer Produktionsstätten, um eine Stärkung der Forschung und um die Ausbildung von Fachkräften.“
Sächsischer Regionalminister Thomas Schmidt

Die Flamen wiederum – die mit dem Imec in Löwen eines der größten Halbleiter-Forschungszentren überhaupt betreiben – rücken vor allem Innovationen und Mikroelektronik-Forschung in den Fokus der Allianz: „Für die flämische Regierung sind Forschung und Entwicklung von größter Bedeutung und Wert“, betonte Jan Jambon, der Ministerpräsident von Flandern. Es sei wichtig, die „Innovation durch ein neues Modell der Zusammenarbeit zwischen Wissenseinrichtungen, industriellen Akteuren und regionalen Entscheidungsträgern zu ergänzen“.

Zu den Esra-Gründungsmitgliedern gehören Baden-Württemberg, Bayern, Hamburg, Hessen, Niedersachsen, Sachsen, Sachsen-Anhalt, Saarland, Schleswig-Holstein und Thüringen in Deutschland, Andalusien, Baskenland, Valencia und Katalonien in Spanien, Flevoland und Nordbrabant in den Niederlanden, Kärnten und Steiermark in Österreich, die Centro-Region in Portugal, Flandern in Belgien, Auvergne-Rhône-Alpes in Frankreich, Piemont in Italien, Tampere und Helsinki in Finnland, Südmähren in Tschechien, Wales im Vereinigten Königreich und die Republik Irland.

Neue Jenoptik-Fabrik nun rohbaufertig

Neben den Großinvestitionen wachsen derweil auch die Erweiterungs- und Neubauprojekte der mittleren Akteure in der mitteldeutschen Technologieregion. So hat Jenoptik seine neue Mikrooptik-Fabrik in Dresden jetzt rohbaufertig und stockt bereits seine Belegschaft mit Blick auf den geplanten Produktionsstart Anfang 2025 auf. Das Thüringer Unternehmen hat seine Personalstärke in der sächsischen Landeshauptstadt auf 90 Beschäftigte erhöht – zur Fabrikeröffnung in zwei Jahren sollen es dann rund 120 Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter sein.

„Dresden wird zu einem Haupt-standort unserer Mikrooptik-Aktivitäten“, kündigte Jenoptik-Chef Stefan Traeger an. „Wir sind in das hervorragende Netzwerk der Halbleiterindustrie in Sachsen eingebunden, das beständig wächst.“ Das 70 Mio. € teure Werk soll nach der Fertigstellung vor allem Mikrooptiken und Sensoren für die Halbleiter-Lithographie herstellen. Bisher waren diese Aktivitäten auf mehrere kleine Standorte verteilt gewesen.

Autoelektronik-Firma ‚Indie' wächst

Auch das Auto-Chipunternehmen ‚Indie' baut seinen Dresdner Standort erneut aus. Die geplanten Investitionen sollen den Chipentwurf und das Schaltkreis-Testzentrum in Sachsen stärken. So möchten die Mikroelektroniker demnächst weitere drei Mio. € in neue Prüf- und Testtechnik für Automobil-, Industrie- und Radarschaltkreise stecken, wenn die kalifornische Konzernmutter zustimmt. Außerdem ist geplant, die Belegschaft in Dresden binnen anderthalb Jahren von derzeit 35 auf dann rund 50 Chipdesigner, Qualitätsingenieure und andere Spezialisten auszubauen.

Seit der Gründung 2020 hat die deutsche Tochter des US-Unternehmens ‚Indie Semiconductor' bereits ein recht dynamisches Wachstum hingelegt. Seither hat die Firma immer neue Aufgaben im Unternehmensverbund übernommen, neue Labore in Dresden angemietet und ausgerüstet. In Summe investierte die Firma allein in die Labor-Ausrüstungen rund 3 Mio. €. Nicht zuletzt hat die deutsche Tochter inzwischen selbst Töchter und Enkelinnen bekommen: 2022 übernahm Indie Deutschland die Radarchip-Firma Symeo mit 67 Mitarbeitern. Und die kaufte wiederum die 40-köpfige Elektronikfirma ‚Silicon Radar' auf, deren Wurzeln letztlich bis zum VEB Halbleiterwerk Frankfurt/Oder zurückreichen. Geleitet wird dieses neuen Technologie-Konglomerat von Dresden aus.

Testplatz bei Indie Deutschland

Neueinstieg ins Prozessor-Design mit RISC V

Unterdessen steigen Dresdner Mikroelektronik-Institute nach längerer Pause nun auch wieder ins Prozessor-Design ein, um Europa weniger abhängig von den Chipriesen in den USA und in Fernost zu machen. Dabei steht neben Experimenten mit Neuro- und Quantenprozessoren vor allem die RISC-V-Architektur im Fokus. Auf dieses frei nutzbare und quelloffene ‚Reduced Instruction Set Computer V' stützen sich vor allem die Ingenieure am freien Barkhausen-Institut und am Fraunhofer-Photonikinstitut (IPMS) in Dresden. Letztere haben mit dem ‚EMSA5' nun einen eigenen RISC-V-Prozessor vorgestellt. „Die Zugänglichkeit von RISC-V hat eine Revolution ausgelöst“, argumentieren die Fraunhofer-Experten. Denn damit gebe es „gegenüber kommerziellen – meist außereuropäischen – Lösungen eine unabhängige und offene Alternative“. Zudem sei mit RISC-V eine günstige Balance zwischen Energieverbrauch und Leistung möglich. Und dies ist eben besonders für Automobilelektronik in Elektrofahrzeugen wichtig, deren Akkus nicht zu stark durch die Bordcomputer belastet werden sollen. Richtig genutzt, könne diese Alternative zu Intel & Co. die technologische Souveränität Europas stärken, meinen die Dresdner Mikroelektroniker.

Prozessordesign hat in Dresden durchaus Traditionen: Zu DDR-Zeiten waren zwar vor allem die Erfurter Chipfabriken für die Prozessor-Massenproduktion zuständig. Doch einige Entwicklungsarbeiten dafür – auch beim ostdeutschen 32-Bit-Prozessor-Nachbau – fanden im ZMD und bei Robotron Dresden statt. Nach der Wende fuhr zudem AMD in Dresden die Massenproduktion seiner ‚Athlons' und anderer Prozessoren hoch – und baute hier schließlich auch Entwicklungskapazitäten für prozessornahe Betriebssysteme auf. Als sich AMD aus Sachsen zurückzog, schlossen die Amerikaner zwar auch dieses OSRC genannte Zentrum. Dennoch blieb viel Prozessor- und Betriebssystem-Expertise in der Stadt erhalten.

Als Hoffnungsträger gelten nun vor allem die quelloffenen und freien RISC-V-Architekturen. Als Aufbruchssignal in der Branche gilt in dieser Hinsicht eine Meldung von Bosch, Infineon, Nordic Semiconductor, NXP und Qualcomm: Die Chipkonzerne wollen in Deutschland eine gemeinsame RISC-V-Prozessorschmiede gründen. Im Branchenverband ‚Silicon Saxony' hofft man, diese Neugründung womöglich in Dresden anzusiedeln: „Solch ein Unternehmen würde gut hierher passen“, erklärte Verbands-Geschäftsführer Frank Bösenberg gegenüber der ‚PLUS'.

Senorics-Laborassistent Thomas May lötet einen organischen Sensor auf eine Leiterplatte

Organische Mikro-Spektrometer im Kommen

Derweil nähert sich nun auch die Dresdner TU-Ausgründung ‚Senorics' der Massenproduktion. Das Sensorunternehmen beliefert Carl Zeiss Jena demnächst in größeren Stückzahlen mit organischen Mini-Spektrometern, die die Zusammensetzung vieler Lebensmittel, Getränke, Textilien und anderer Stoffe berührungslos bestimmen können. Das war lange Zeit nur mit teuren Laborausrüstungen möglich gewesen. Die organische Elektronik, für die die TU Dresden in den vergangenen Dekaden besondere internationale Kompetenzen aufgebaut hat, liefert nun neue Lösungen, um auf kleinstem Raum und recht preiswert tragbare Spektroskopie-Geräte auf Infrarotbasis zu bauen. Zeiss will die neuen Mini-Spektrometer aus Sachsen zunächst in landwirtschaftlichen Anlagen einsetzen, welche die Güte von Futter und Saatgut im Silo automatisch erkennen. Parallel dazu bereitet Sensorics die Serienproduktion faustgroßer mobiler Spektroskopie-Geräte vor. Die sollen in Textilfabriken in Indien, Bangladesch und in den USA helfen, durch bloßes ‚Draufhalten' zu erkennen, ob auf der Spule wirklich das vom Lieferanten versprochene Garn aufgewickelt ist. Eine weitere Produktserie soll die Güte von legalen Cannabisprodukten bestimmen – ebenfalls ein Wachstumsmarkt in den USA und demnächst vielleicht auch in Deutschland.

Quellen

TSMC, sächsische Staatskanzlei, Oiger.de, Silicon Saxcony, Sächs. Wirtschaftsministerium, Jenoptik, Cfaed, TU Dresden, Fraunhofer-IPMS, Sensorics