Die EU-Investitionen in immer kleinere und leistungsfähigere Mikrochips unterstützen Innovationen in KI, der Raumfahrtindustrie und darüber hinaus.

29.01.2025, Von Anthony King

Am 1. Juni 2024 landete ein Raumfahrzeug auf dem Mond, als Teil der chinesischen Raumfahrtmission Chang’e 6. Ziel war es, die dunkle Seite des Mondes zu erforschen und erstmals Mondproben zurück zur Erde zu bringen. Edouard Lepape, Geschäftsführer von NanoXplore, einem französischen Unternehmen, das fortschrittliche Mikrochips für die Raumfahrtindustrie entwickelt, ist stolz auf den Beitrag seines Unternehmens zur Mission.

Zum Mond und zurück „Einer unserer Bauteile befindet sich gerade auf dem Mond“, sagte Lepape. Das betreffende Bauteil ist ein Computerchip, ähnlich denen, die in unseren Smartphones, Autos und Laptops verwendet werden. Allerdings handelt es sich hierbei um einen speziellen Chip-Typ – einen sogenannten System-on-Chip Field-Programmable Gate Array (SoC FPGA), der in der Luft- und Raumfahrt sowie in der Verteidigungsindustrie weit verbreitet ist.

Lepape leitet ein von der EU finanziertes Forscherteam namens DUROC, das darauf abzielt, die Technologie solcher Chips für den Einsatz im Weltraum voranzutreiben. Es bringt führende Experten aus Deutschland, Frankreich, Griechenland und Schweden zusammen, um die EU-Chipprozessortechnologie auf die nächste Stufe zu heben. Zu den Partnern dieses Unterfangens gehören Airbus und Thales, die größten Satellitenhersteller Europas.

„Im Weltraum können Sie keine kommerziellen Geräte verwenden, da die Umgebung sehr aggressiv ist“, sagte Lepape. „Es gibt viel Strahlung, sehr kalte Temperaturen und Vibrationen.“ Raumfahrtelektronik muss besonders robust sein und mit minimaler Energie funktionieren. Elektronik in Raumfahrzeugen oder Satelliten kann nicht repariert werden, noch kann man Geräte am Stromnetz aufladen oder Treibstoff nachfüllen.

Klein im Format, groß in der Wirkung Ein Mikrochip ist im Grunde ein Satz winziger elektronischer Schaltkreise, die auf einem kleinen, flachen Silizium-Wafer montiert sind. Diese kleinen elektronischen Komponenten dienen als „Gehirn“ der elektronischen Geräte. Ihre integrierten Schaltkreise führen die Kernfunktionen der Berechnung und Steuerung in einem System aus.

Seit der Erfindung des ersten integrierten Schaltkreises durch Jack Kilby im Jahr 1959 sind diese Komponenten immer kleiner und leistungsfähiger geworden. Bestehend aus Milliarden von Transistoren, die durch für das bloße Auge zu kleine Schaltkreise verbunden sind, sind Mikrochips entscheidend für das tägliche Leben. Sie reichen von einfachen Chips für einfache Geräte bis hin zu hochkomplexen Chips für Supercomputer und sind in allem von Smartphones und Computern bis hin zu fortschrittlicher Elektronik und KI-Anwendungen zu finden.

Ständige Leistungsverbesserungen sind erforderlich, um den Anforderungen neuer High-Tech-Geräte gerecht zu werden. Und bei Chips zählt jedes Nanometer. Je mehr Transistoren auf kleinstmöglichem Raum untergebracht werden können, desto mehr können Geschwindigkeit und Leistung der Chips gesteigert werden.

Ungefähr alle zwei Jahre führt die Branche eine neue Generation von Chips ein, die mehr und kleinere Transistoren als die vorherige Generation enthält. Der Sieben-Nanometer-Chip (7nm) wurde etwa 2018 auf den Markt gebracht und stellte einen Fortschritt gegenüber der vorherigen Generation, dem 10nm-Knoten, dar. Jeder Schritt ermöglicht eine verbesserte Energieeffizienz und Leistung in Geräten.

„Die Kundennachfrage nach mehr Funktionalität treibt die Nachfrage nach immer mehr und kleineren Transistoren“, sagte Marc Assinck, ein Sprecher von ASML, einem europäischen Unternehmen, das sich auf das Design und die Herstellung fortschrittlicher Lithographiemaschinen spezialisiert hat, die für die Produktion von Mikrochips unerlässlich sind. „Smartphones und KI benötigen die neuesten und fortschrittlichsten Chips.“

Sein Unternehmen koordinierte von 2015 bis 2018 das Konsortium SeNaTe als Teil einer von der EU finanzierten Forschungsinitiative zur Entwicklung technologischer Lösungen für die Einführung der 7nm-Mikrochipproduktionstechnologie. „SeNaTe ist bedeutend, da seine Ergebnisse der Industrie ermöglichten, zur nächsten Generation überzugehen“, sagte Jos Benschop, Technikvorstand von ASML. „Die SeNaTe-Forschung führte 2019 zur Einführung der 7nm-Technologie.“

Heute hat die Branche zur noch leistungsfähigeren 3nm-Technologie fortgeschritten – derzeit die fortschrittlichsten Chips auf dem Markt, die in den neuesten High-End-Smartphones verwendet werden.

Europäische Unabhängigkeit Während Chips einst wichtig für Computer und Laptops waren und später für Smartphones und Autos, sind sie nun entscheidend für die Vernetzung von Geräten und für KI-Anwendungen.

Dies ist ein Bereich, in dem Europa nicht vollständig von anderen abhängig sein möchte. Obwohl die EU historisch eine bedeutende Rolle in der Halbleiterforschung und -entwicklung gespielt hat, ist ihre Position in der Chip-Herstellung über die Jahre zurückgegangen.

Weltweit wurden im Jahr 2020 etwa eine Billion Mikrochips hergestellt, doch der Anteil der EU am globalen Markt betrug nur 10%. Asien, insbesondere Taiwan, Südkorea und China, dominiert mit über 70%. Auch die USA halten einen bedeutenden Anteil, dank Unternehmen wie Intel und NVIDIA.

Um seine Wettbewerbsfähigkeit zu sichern, hat die EU mehrere Initiativen gestartet, einschließlich des Europäischen Chips Act, der im September 2023 in Kraft trat. Dieser zielt darauf ab, den globalen Halbleitermarktanteil Europas bis 2030 auf 20% zu verdoppeln und stellt 43 Milliarden Euro an öffentlichen und privaten Investitionen für die Forschung und Herstellung von Chips bereit.

Kapazitäten aufbauen Der Fokus der EU darauf, fortschrittliche Mikrochip-Fertigungsanlagen (Fabs) nach Europa zu ziehen, trägt bereits Früchte.

TMSC begann 2024 mit dem Bau seiner ersten europäischen Fabrik. Die neue European Semiconductor Manufacturing Company (ESMC) wird in Dresden als Joint Venture zwischen dem taiwanesischen Unternehmen und drei europäischen Firmen – Deutschlands Bosch und Infineon und den Niederlanden NXP – errichtet. Die Produktion dort soll 2027 beginnen.

Bei der Grundsteinlegung für ESMC im August 2024 bemerkte die Präsidentin der Europäischen Kommission, Ursula von der Leyen, dass „der weltgrößte Chip-Hersteller auf unseren Kontinent kommt und sich mit drei europäischen Champions zusammenschließt (…) eine Bestätigung für Europa als globale Innovationsmacht“.

Verhandlungen laufen auch mit Intel über den Bau einer großen Mikrochip-Produktionsanlage in Magdeburg, Deutschland, die voraussichtlich die größte Halbleiterproduktionsstätte in Europa sein wird.

TSMC und Intel sind zwei der wenigen Unternehmen weltweit, die hochmoderne 3nm-Chips herstellen können, zusammen mit Südkoreas Samsung.

Platz für Veränderung Chips für den Weltraum sind jedoch nicht dieselben wie die Chips in Telefonen. Sie sind maßgeschneidert, um große Mengen an Daten zu verarbeiten, wie zum Beispiel Informationen von einer Kamera auf einem Satelliten zu übermitteln, während wenig Energie verwendet wird. Sie müssen auch strahlungsfest sein und weiter funktionieren können, selbst wenn ein Teil eines Chips durch Strahlung zerstört wird.

Derzeit laufen die meisten Raumfahrtchips in unseren Satelliten auf 65nm- und 28nm-Knoten. Für NanoXplore und seine Partner in DUROC ist das Ziel, Raumfahrtchips auf die nächste Stufe zu bringen, die in diesem Bereich.

 

Mehr Informationen

​Dieser Artikel erschien original im Horizon Magazin, dem the EU Research and Innovation Magazine.