Die Entstehung technologischer Souveränität: Nanometer-Rennen (Artikel 1)
Serhij Wolkow
Das Nanometer-Rennen ist eine Publikationsreihe, die sich Halbleitern, technologischem Souveränität und deren Auswirkungen widmet.
Inhalt:
Einführung
Faktoren der Entwicklung von Halbleitertechnologien
Wie die Halbleiterindustrie funktioniert
Technologische Souveränität und ihr Zusammenhang mit staatlicher Souveränität
Unsere moderne Welt ist ohne die Vorteile und Möglichkeiten, die uns die Halbleiterelektronik bietet, kaum vorstellbar. Moderne elektronische Geräte werden in einem breiten Spektrum von Anwendungen eingesetzt, von Elektrogeräten bis hin zu modernsten Satellitenkommunikationssystemen, und erleichtern unseren Alltag erheblich.
Es ist offensichtlich, dass Halbleiter auch in der Waffenproduktion und als Bestandteil von Waffen selbst weit verbreitet sind, was die Herstellung von Waffen deutlich effizienter gemacht und Kriege immer tödlicher werden lassen hat. Die Entwicklung moderner Halbleiterelektronik im Waffensektor hat die Schaffung von Waffentypen ermöglicht (z. B. Massendrohnen), von denen vor 40–50 Jahren noch niemand eine Vorstellung hatte. Und Waffen hatten zu allen Zeiten Einfluss.
Daher halten wir fest: Halbleiter verleihen in der zwischenstaatlichen Konkurrenz einen zivilisatorischen Vorteil und sind eine strategisch wichtige Branche sowohl für einzelne Staaten als auch für Staatenbündnisse und politische Blöcke. Souveränität in der Produktion und Anwendung modernster Halbleitersysteme ist eines der Merkmale, die wirklich technologisch souveräne Staaten auszeichnen. Welche Staaten besitzen diese Souveränität? Ist technologische Souveränität ein Selbstzweck? Wie prägt die neueste Halbleitertechnologie das Gesicht moderner Kriege? Was steckt hinter den Technologiekriegen der großen Akteure? Kann die Ukraine technologische Souveränität erlangen, und ist das für die Ukrainer notwendig? Diese und andere Fragen werden wir in den folgenden Artikeln der Reihe zu beantworten versuchen, aber zunächst klären wir, was technologische Souveränität im Hinblick auf modernste Elektronik und insbesondere Halbleiter bedeutet und welche Länder derzeit in diesem Bereich der Hochtechnologie führend sind.
Nach Ansicht des Autors ist technologische Souveränität in der Elektronik die Fähigkeit, die Entwicklung, Produktion und Anwendung moderner Halbleitergeräte zu realisieren, um die kritischen Bedürfnisse der Wirtschaft und des Verteidigungssektors zu erfüllen. Warum gerade Halbleiter? Weil alle Steuerungs-, Informationsverarbeitungs- und Kommunikationsgeräte sowie teilweise Geräte der Leistungselektronik derzeit ausschließlich auf Halbleitertechnologien basieren, die in den letzten 70 Jahren erheblich weiterentwickelt wurden und es heute ermöglichen, die effizientesten Geräte und Systeme zu schaffen. Da der Autor kein Experte in anderen Bereichen der Technologie ist, bezieht sich technologische Souveränität hier und im Folgenden ausschließlich auf die technologische Souveränität im Bereich der Halbleiter.
Welche Faktoren beeinflussen die Entwicklung von Halbleitertechnologien in einem bestimmten Land, und warum haben einige Länder die Führung übernommen, während es anderen nicht gelungen ist?
Zu den Entwicklungsfaktoren gehören die Organisation der Wissenschaft (sowohl der Grundlagenforschung als auch der angewandten Forschung), die Bildung (Qualität und Quantität der Ausbildung neuer Fachkräfte), das Vorhandensein eines günstigen politischen und investitionsfreundlichen Klimas (Anziehung von Kapital zur Finanzierung neuer Entwicklungen und Produktionen), das Vorhandensein einer stabilen gesetzlichen Grundlage sowie die Einstellung der Gesellschaft gegenüber dem Technologiesektor.
Eine richtige Organisation der Wissenschaft ermöglicht die Durchführung kapitalintensiver, risikoreicher wissenschaftlicher Forschungsarbeiten, deren Ergebnisse später kommerzialisiert werden. Zeit, Kapital und Risiken, die bei der Grundlagenforschung entstehen, machen diese für privates Kapital kleiner und mittlerer Unternehmen unattraktiv. Ohne Grundlagenforschung sind jedoch sogenannte „Know-how“-Durchbrüche in der Technologie, die einen Wettbewerbsvorteil ermöglichen, nicht möglich. Hier kommen staatliche Finanzierungen und Zuschüsse von Großunternehmen ins Spiel, die an der späteren Kommerzialisierung wissenschaftlicher Entwicklungen interessiert sind. Hochwertige Grundlagenforschung bildet die Basis für angewandte Forschung und kommerzielle Technologien.
Das bedeutet, wir haben eine Kombination aus: Grundlagenforschung – angewandte Forschung – kommerzielle Technologie. Eine solche Organisation der Wissenschaft funktioniert in führenden technologisch souveränen Staaten und ist nach Ansicht des Autors die produktivste.
Die Qualität der Bildung geht Hand in Hand mit der Einstellung der Gesellschaft gegenüber dem Technologiesektor. Die Stimmung in der Gesellschaft prägt die Motivation junger Menschen, komplexe Disziplinen wie Mathematik, Physik und Chemie zu studieren, ohne die technologische Entwicklung nicht möglich ist. Eine positive Einstellung in der Gesellschaft entsteht durch das Vorhandensein sozialer Aufstiegsmöglichkeiten und einer positiven Verbindung zwischen Bildung, Arbeit und der Lebensqualität einzelner Individuen. Einfach gesagt: Wenn die Kette funktioniert – gute Kenntnisse in exakten Wissenschaften – Aufnahme an einer technischen Hochschule – Arbeit in einem zukunftsorientierten Unternehmen – stabiles Leben mit hoher Qualität – dann steigt der Wert technischer Bildung in der Gesellschaft. Für Unternehmen stehen mehr gut ausgebildete Fachkräfte zur Verfügung, die Anzahl und das Niveau technologischer Entwicklungen im Land steigen. Wenn die Bildungsprogramme zudem qualitativ hochwertig sind, wachsen Technologieunternehmen wie Pilze nach einem warmen Regen. Das ist eine wichtige Grundlage für technologische Souveränität.
Wie fördern (oder behindern) das politische Klima, das Investitionsklima und die Gesetzgebung die Stabilität, das Vorhandensein und die Anziehung von Finanzmitteln?
Wenn wir die aktuellen Führer in der Halbleitertechnologie betrachten, verfügen sie über unterschiedliche Kombinationen der oben genannten Faktoren, die ein Umfeld, Motivation und Zukunftsperspektiven für solche Technologien in diesen Ländern schaffen. Derzeit nehmen die USA, China, europäische Länder, Taiwan, Japan und Südkorea führende Positionen ein. Aber besitzen sie eigene technologische Souveränität, oder handelt es sich eher um führende Positionen im Rahmen zwischenstaatlicher Kooperation? Um das Konzept der technologischen Souveränität genauer zu definieren, müssen wir verstehen, wie die Halbleiterindustrie heute funktioniert, welche Rolle die zwischenstaatliche Kooperation und die internationale Arbeitsteilung in dieser Branche spielen und ob es überhaupt Sinn macht, in einer globalisierten Welt von technologischer Souveränität zu sprechen.
Die Halbleiterindustrie ist so aufgebaut, dass in den meisten Fällen der Entwickler eines Mikrochips (auf dem sich ein elektronisches Gerät befindet, das eine bestimmte Funktion ausführt) organisatorisch nicht mit der Fabrik verbunden ist, die den Mikrochip physisch herstellt. Die Kette Entwickler des Geräts – Fabrik funktioniert so, dass die Fabrik eine getestete Halbleitertechnologie mit bekannten Parametern aktiver (z. B. Transistor) und passiver Geräte (z. B. Induktor) bereitstellt, die gemäß bestimmter technologischer Regeln verwendet werden müssen. Die Parameter der Geräte und Regeln stellt die Fabrik dem Entwickler zur Verfügung, der das Gerät gemäß den Parametern dieser Technologie entwickelt. Anschließend wird das erstellte Design zur physischen Herstellung an die Fabrik gesendet. Die technologischen Regeln und Parameter der Technologie unterscheiden sich stark von Hersteller zu Hersteller, selbst innerhalb derselben Technologiefamilie (z. B. 7-nm-Technologie). Das bedeutet, dass das Design eines Mikrochips für eine spezifische Technologie entwickelt wird, die von der Fabrik bereitgestellt wird. Diese Besonderheit des Mikrochip-Designs ist entscheidend für die Frage der Erreichung technologischer Souveränität. Wenn ein Land über ein Spektrum an Halbleitertechnologien verfügt, mit denen lokale Entwickler von Elektronik die kritischen Bedürfnisse der lokalen Industrie, Wirtschaft und des Konsummarktes decken können, bedeutet das, dass dieses Land technologische Souveränität erreicht hat.
Aber heißt das, dass Entwickler technologischer Geräte aus führenden Ländern ausschließlich mit lokalen Fabriken zusammenarbeiten? Ja und nein. Die Zusammenarbeit mit lokalen Fabriken verbessert die Kommunikation, reduziert Risiken im Zusammenhang mit der Lieferung und kann in einigen Fällen den Prozess der Feinabstimmung eines Chips beschleunigen und verbessern. Lokale Hersteller verfügen jedoch nicht immer über die optimalste Technologie für die Entwicklung bestimmter Geräteklassen. Daher orientieren sich Entwicklungsunternehmen in einigen Fällen an ausländischen Herstellern, selbst wenn lokale Fabriken vorhanden sind. Zum Beispiel verfügt das taiwanesische Unternehmen TSMCU über Technologien, die für die Herstellung verschiedener Arten von Prozessoren optimal sind, weshalb die meisten führenden Entwickler bei TSMC bestellen. So funktioniert die internationale Arbeitsteilung.
Es ist jedoch wichtig zu verstehen, dass bei Vorhandensein akzeptabler Technologien bei lokalen Herstellern die Wahrscheinlichkeit, dass ein Entwickler sich für einen ausländischen Hersteller entscheidet, minimal ist. Ein lokaler Hersteller (oder ein Hersteller aus einem befreundeten Land) bietet den wichtigsten Vorteil – Zuverlässigkeit. Wenn Sie ein Technologieunternehmen sind, ist selbst eine einmonatige Unterbrechung der Mikrochip-Lieferungen ein inakzeptabler Faktor, der zu kritischen Verlusten innerhalb des Unternehmens und zum Verlust von Marktanteilen führt. Wenn Sie ein führendes Unternehmen in der Branche sind, werden die Verluste und Probleme global. Dies wird eindrucksvoll durch die Chipknappheit bei Automobilherstellern während der Corona-Krise illustriert, als eine große Anzahl von Fahrzeugen aufgrund fehlender Steuerelektronik nicht vollständig ausgestattet und an Kunden geliefert werden konnte. Daher berücksichtigen Technologieunternehmen in erster Linie Risiken, und bei akzeptablen Bedingungen wird in der Regel dem lokalen Halbleiterhersteller der Vorzug gegeben.
In Bezug auf technologische Souveränität ist zu verstehen, dass ein Land (oder eine Gruppe von Ländern, wie im Fall der EU) technologisch souverän ist, wenn es durch lokale Produktion seine kritischen Bedürfnisse sowohl im zivilen als auch im militärischen Bereich decken kann. Technologische Unabhängigkeit im zivilen Sektor bedeutet die Produktion einer ausreichenden Palette von Geräten, um die Industrie und den Konsummarkt zu sättigen, was die Auswirkungen von Handels- und Technologie-Konfrontationen zwischen Ländern (z. B. Trumps Zölle) erheblich abschwächt. Im militärischen Sektor zeigt sich diese Souveränität in der Fähigkeit, keine anderen Länder fragen zu müssen, welche Waffen bei Bedarf hergestellt und eingesetzt werden dürfen und welche nicht.
Führende Positionen in der Halbleiterproduktion können erhebliche Dividenden sowohl auf der außenpolitischen Bühne als auch im Bereich der nationalen Sicherheit einbringen. Mit einem Land, das in der Halbleiterproduktion führend ist, werden andere Länder in der Regel versuchen, freundliche oder neutrale Beziehungen zu unterhalten, unter anderem um die Zuverlässigkeit der Lieferungen für ihre eigenen Technologieunternehmen – Entwickler zu gewährleisten. Ein gutes Beispiel hierfür ist Taiwan, das von den USA politisch und technologisch geschützt wird, nicht zuletzt deshalb, weil eine Unterbrechung der Halbleiterlieferungen aus Taiwan und/oder die Übernahme taiwanesischer Fabriken durch die Volksrepublik China kritische globale Risiken sowie Risiken für die nationale Sicherheit der USA mit sich bringen würde.
Wie wir sehen, ist die Branche der Halbleiterproduktion für ein einzelnes Land nicht nur aus Sicht der Haushaltsfüllung wichtig (obwohl das ebenfalls zutrifft), sondern auch aus Sicht der nationalen Sicherheit und der internationalen Beziehungen. Dieses Verständnis ist entscheidend, damit wir erkennen, dass in der modernen Welt echter staatlicher Souveränität ohne technologische Komponente nahezu unmöglich ist. Ein Land, das in seiner Politik wirklich unabhängig sein möchte, muss sich um die Gesamtheit der Faktoren kümmern, die für die Erreichung technologischer Souveränität wichtig sind.