- Im Jahr 2024 stieg der weltweite Halbleiterumsatz auf über 600 Milliarden US-Dollar und könnte bis 2030 jährlich 1 Billion US-Dollar erreichen.
- Apples M1 Ultra enthält 114 Milliarden Transistoren auf einem einzigen Chip.
- ASML ist der einzige Hersteller von EUV-Lithographiescannern, wobei jede Maschine etwa 180 Tonnen wiegt und über 300 Millionen US-Dollar kostet.
- TSMC machte 2023 etwa 55 % des weltweiten Foundry-Marktes aus, Samsung etwa 15–20 %, und allein Taiwan verfügte über etwa 92 % der weltweit fortschrittlichsten (<10nm) Chipfertigungskapazitäten.
- Die drei führenden Anbieter von Electronic Design Automation – Synopsys, Cadence und Siemens EDA – dominieren die Designsoftware, mit der Milliarden von Transistoren angeordnet werden.
- Der Chipmangel 2021 führte zu geschätzten 210 Milliarden US-Dollar an entgangenen Auto-Umsätzen.
- Der US-amerikanische CHIPS Act (2022) sieht 52,7 Milliarden US-Dollar an direkten Fördermitteln für die heimische Chipfertigung sowie 25 % Investitionssteuergutschriften vor.
- Der European Chips Act (2023) soll 43 Milliarden Euro mobilisieren, um den europäischen Chipproduktionsanteil bis 2030 auf 20 % zu verdoppeln.
- Die weltweite Chipfertigung verursachte 2024 etwa 190 Millionen Tonnen CO2-Äquivalent, und eine einzige moderne Fabrik kann kontinuierlich rund 100 MW Strom verbrauchen.
- Mitte 2024 waren 55 % der US-Halbleiterbelegschaft über 45 Jahre alt, was auf einen drohenden Fachkräftemangel hinweist.
Halbleiter – diese winzigen Siliziumchips – sind die Gehirne der modernen Elektronik, zu finden in allem von Smartphones und Autos bis hin zu Rechenzentren und Kampfjets. Im Jahr 2024 stieg der weltweite Halbleiterumsatz auf über 600 Milliarden US-Dollar und könnte bis 2030 1 Billion US-Dollar erreichen, was unterstreicht, wie entscheidend Chips für die Weltwirtschaft geworden sind deloitte.com, blog.veolianorthamerica.com. Diese Mikrochips ermöglichen Produkte und Dienstleistungen im Wert von Billionen Dollar und bilden das verborgene Fundament unseres digitalen Lebens steveblank.com. Doch in den letzten zwei Jahren ist die Halbleiterproduktion zu einer Hochrisiko-Arena für Innovation und geopolitische Spannungen geworden. Ein pandemiebedingter Chipmangel zeigte, wie fragil die Lieferkette sein kann, legte Fabriken still und trieb die Preise in die Höhe. Gleichzeitig rennen die Nationen, um die heimische Chipproduktion aus wirtschaftlichen und sicherheitspolitischen Gründen zu stärken, investieren Hunderte Milliarden in neue Fabs (Chipfabriken) und lösen einen globalen „Chipkrieg“ aus.
Dieser Bericht bietet eine umfassende, aktuelle Übersicht über die Welt der Halbleiter – erklärt, was Halbleiter sind und wie sie funktionieren, wie Chips von Anfang bis Ende hergestellt werden, wer die wichtigsten Akteure (Unternehmen und Länder) in jeder Phase sind und wo die Schwachstellen in der Lieferkette liegen. Wir gehen außerdem auf die modernsten Technologien und Materialien ein, die moderne Chips ermöglichen, die neuesten Innovationen und F&E-Trends sowie die geopolitischen und politischen Auseinandersetzungen, die die Branche umgestalten. Abschließend untersuchen wir die wirtschaftlichen Auswirkungen des Halbleitersektors, seinen ökologischen Fußabdruck und die drohenden Herausforderungen für die Arbeitskräfte. Von aktuellen Experteneinschätzungen bis zu den wichtigsten Entwicklungen 2024-2025 wird dieser Bericht aufzeigen, warum die Halbleiterproduktion heute zu den wichtigsten – und am heftigsten umkämpften – Bereichen der Welt gehört.
Was sind Halbleiter und wie funktionieren sie?
Halbleiter sind Materialien (wie Silizium), die unter verschiedenen Bedingungen als elektrischer Leiter oder Isolator wirken können und sich daher perfekt zur Steuerung von elektrischem Strom eignen techtarget.com. Praktisch gesehen ist ein Halbleiterbauelement (Chip) im Wesentlichen ein Netzwerk aus winzigen elektrischen Schaltern (Transistoren), die durch elektrische Signale ein- oder ausgeschaltet werden können. Moderne integrierte Schaltkreise vereinen Milliarden dieser Transistorschalter auf einem chipgroßen Bereich, was komplexe Berechnungen und Signalverarbeitung ermöglicht. „Einfach ausgedrückt ist ein Halbleiter ein elektrischer Schalter, der durch Strom ein- und ausgeschaltet werden kann. Die meisten modernen Technologien bestehen aus Millionen dieser winzigen, miteinander verbundenen Schalter“, erklärt ein TechTarget-Ingenieurleitfaden techtarget.com.
Da sie den Stromfluss präzise steuern können, dienen Halbleiterchips als „Gehirn“ oder „Speicher“ elektronischer Geräte. Logikchips (wie CPUs, GPUs, KI-Beschleuniger) verarbeiten Daten und treffen Entscheidungen, Speicherchips speichern Informationen und Analog-/Leistungs-Chips verbinden sich mit der physischen Welt. Durch das Dotieren reiner Halbleiterkristalle mit winzigen Verunreinigungen stellen Hersteller Komponenten wie Transistoren, Dioden und integrierte Schaltkreise her, die Quantenphysik nutzen, um elektrische Signale zu schalten und zu verstärken techtarget.com. Das Ergebnis ist, dass Halbleiter Rechenoperationen ausführen, Binärdaten speichern und mit Sensoren/Aktoren interagieren können – Fähigkeiten, die praktisch allen modernen Technologien zugrunde liegen, von digitaler Kommunikation bis zu Haushaltsgeräten und Medizintechnik steveblank.com.
Heutige Chips sind erstaunliche Meisterleistungen der Ingenieurskunst. Ein hochmoderner Prozessor kann Zehntausende von Milliarden Transistoren enthalten, die in Silizium geätzt sind, mit Strukturen, die nur wenige Nanometer groß sind (im Bereich von Atomen). Zum Beispiel enthält Apples M1 Ultra Chip 114 Milliarden Transistoren auf einem einzigen Stück Silizium bipartisanpolicy.org. Diese Transistoren schalten mit Gigahertz-Geschwindigkeit ein und aus, sodass das Gerät Milliarden von Operationen pro Sekunde ausführen kann. Kurz gesagt, Halbleiter sind die grundlegende Technologie der modernen Welt geworden und treiben alles an – von Smartphones und Autos bis hin zu Cloud-Servern und Industriemaschinen. Es heißt oft, dass „Halbleiter das neue Öl sind“ – eine unverzichtbare Ressource, auf die Nationen und Industrien für Fortschritt und Sicherheit angewiesen sind.
Wie Chips hergestellt werden: Der Halbleiterfertigungsprozess
Die Herstellung eines Mikrochips ist einer der komplexesten Fertigungsprozesse, die je entwickelt wurden – „ein Geschäft, das Materialien Atom für Atom manipuliert“ in Fabriken, die mehrere zehn Milliarden Dollar kosten steveblank.com. Alles beginnt mit Rohmaterialien und endet mit fertigen Chips, die für den Einsatz verpackt sind. Hier ist ein Überblick über den End-to-End-Chip-Fertigungsprozess:
- Vom Rohsilizium zur Wafer: Gewöhnlicher Sand (Siliziumdioxid) wird zu reinem Silizium raffiniert. Ein Siliziumkristall-„Ingot“ wird gezüchtet und dann in dünne Wafer (runde Scheiben) geschnitten, die Tausende von Chips aufnehmen können bipartisanpolicy.org. Jeder Wafer sieht glänzend und glatt aus, aber auf mikroskopischer Ebene ist er ein makelloses Gitter aus Siliziumatomen.
- Front-End-Fertigung: Die eigentliche Magie geschieht im Reinraum-„Fab“, wo komplexe Schaltkreise auf jedem Wafer aufgebaut werden. Die Chipfertigung umfasst Hunderte präziser Schritte, aber die wichtigsten Phasen sind: Abscheidung von ultradünnen Materialschichten auf dem Wafer; Photoresist-Beschichtung; Photolithografie (bei der mit fokussiertem Licht winzige Muster über Masken auf den Wafer geätzt werden, ähnlich wie beim Drucken eines Schaltplan-Blueprints); Ätzen und Dotieren (Material entfernen und Ionen implantieren, um Transistoren und Verbindungen zu bilden); und diese Schritte Schicht für Schicht wiederholen bipartisanpolicy.org. Transistoren – im Wesentlichen die Ein/Aus-Schalter – werden durch diese gemusterten Schichten gebaut, die mikroskopische elektrische Leitungen schaffen. Das ist Fertigung im Nanometerbereich – moderne Chips können mehr als 50 Schichten Schaltkreise und Strukturen mit einer Breite von nur 3 nm (Nanometer) haben. Jeder Schritt muss mit atomarer Präzision kontrolliert werden; ein Staubkorn oder eine kleine Fehljustierung kann den Chip ruinieren.
- Back-End und Verpackung: Nach der Front-End-Fertigung enthält der fertige Wafer ein Raster aus vielen einzelnen Chips (Dies). Der Wafer wird in einzelne Chips geschnitten, und jeder Chip wird anschließend verpackt. Die Verpackung umfasst das Montieren des empfindlichen Chips auf einem Substrat, das Verbinden mit winzigen Gold- oder Kupferkontakten und das Einkapseln (oft mit einem schützenden Harz und einem Wärmeverteiler), sodass er gehandhabt und auf Leiterplatten integriert werden kann bipartisanpolicy.org. Der verpackte Chip ist das Bauteil, das auf das Motherboard Ihres Handys oder die Leiterplatte Ihres PCs gelötet wird. In dieser Phase werden die Chips außerdem einer strengen Prüfung unterzogen, um sicherzustellen, dass sie wie vorgesehen funktionieren.
Trotz der oben stehenden vereinfachten Zusammenfassung ist die Herstellung moderner Halbleiter ein enorm komplexer, mehrmonatiger Prozess. Ein Spitzenchip kann über 1.000 Prozessschritte und extrem präzise Ausrüstung erfordern. Zum Beispiel können die neuesten Fotolithografie-Maschinen (die Schaltkreismuster mit ultraviolettem Licht projizieren) über 300 Millionen Dollar pro Stück kosten, und jede dieser Maschinen „kann so viel Strom verbrauchen wie tausend Haushalte“, laut Bloomberg bipartisanpolicy.org. Diese Geräte verwenden Extreme Ultraviolet (EUV) Licht, um ultraschmale Strukturen zu erzeugen, und sind so hochentwickelt, dass derzeit nur ein Unternehmen weltweit (ASML in den Niederlanden) sie herstellt patentpc.com. Die Investitionskosten sind enorm: Der Bau einer neuen Chipfabrik kann über 3 Jahre dauern und mehr als 10 Milliarden Dollar an Investitionen erfordern bipartisanpolicy.org. Führende Unternehmen wie TSMC, Samsung und Intel investieren jährlich zig Milliarden in den Ausbau und die Ausstattung von Fabriken.
Der Lohn für all diese Mühe ist erstaunliche Technologie: Ein einziger 12-Zoll-Wafer kann nach vollständiger Verarbeitung Hunderte fertige Chips mit insgesamt Billionen von Transistoren enthalten steveblank.com. Jeder Chip wird getestet und kann nach dem Einsatz Milliarden von Berechnungen pro Sekunde durchführen. Die winzige Größe und hohe Dichte moderner Chips verleihen ihnen enorme Leistung. Wie ein Branchenblog anmerkte, hat dieser Wafer im Reinraum „zwei Billionen Transistoren darauf“, gefertigt mit atomarer Präzisionsteveblank.com. Diese Fertigungskompetenz – über Jahrzehnte kontinuierlich verfeinert – ermöglicht unsere leistungsstarken und erschwinglichen Elektronikgeräte von heute.
Wichtige Akteure in der Halbleiter-Lieferkette (Unternehmen & Länder)
Die Halbleiterproduktion wird nicht von einem einzigen Unternehmenstyp durchgeführt; sie ist ein komplexes Ökosystem von Firmen, die jeweils auf verschiedene Stufen spezialisiert sind. Wenn wir einen Blick in die Lieferkette werfen, finden wir ein Netzwerk von hunderten hochspezialisierter Akteure weltweit, die alle voneinander abhängig sind steveblank.com. Hier sind die wichtigsten Kategorien von Akteuren und wer sie dominiert:
- Chip-Designer (Fabless-Unternehmen): Diese Unternehmen entwerfen Halbleiterchips, lagern aber die eigentliche Fertigung aus. Sie erstellen die Entwürfe und das geistige Eigentum für Chips. Viele der weltweit bekanntesten Chipmarken – darunter Apple, NVIDIA, Qualcomm, AMD, Broadcom – sind Fabless-Designer. Die USA haben in diesem Segment eine starke Führungsposition (beherbergen etwa 50 % der Fabless-Unternehmen patentpc.com), zusammen mit Unternehmen in Europa (z. B. ARM im Vereinigten Königreich für Chip-IP-Kerne steveblank.com) und Asien. Fabless-Unternehmen konzentrieren sich auf Forschung & Entwicklung und Innovation in der Chip-Architektur und beauftragen dann Auftragsfertiger mit der Produktion der Chips.
- Integrierte Gerätehersteller (IDMs): Das sind Giganten wie Intel, Samsung und Micron, die sowohl Chips entwerfen als auch herstellen. Intel (USA) war historisch führend im Design und in der Fertigung von Mikroprozessoren für PCs und Server, Samsung (Südkorea) und Micron (USA) tun dies insbesondere bei Speicherchips. IDMs kontrollieren ihre eigenen Fabriken und produzieren Chips für ihre eigenen Produkte (und manchmal auch für andere). In den letzten Jahrzehnten hat sich der Trend jedoch aus Effizienzgründen hin zum Fabless-Foundry-Modell verschoben.
- Halbleiter-Gießereien (Auftragsfertiger): Gießereien sind die Chip-Fabriken, die tatsächlich Chips fertigen (für fabless Kunden oder IDMs, die einen Teil der Produktion auslagern). Dieses Segment wird von asiatischen Unternehmen dominiert. Taiwans TSMC (Taiwan Semiconductor Manufacturing Co.) ist der unangefochtene Marktführer und kontrolliert im Alleingang etwa 55 % des weltweiten Gießereimarktes (Stand 2023) patentpc.com. TSMC ist der bevorzugte Hersteller für Apple, AMD, NVIDIA und viele andere, insbesondere für die fortschrittlichsten Chips (5nm-, 3nm-Knoten). Samsung in Südkorea ist die zweitgrößte Gießerei (etwa 15–20 % Marktanteil) patentpc.com und produziert ebenfalls fortschrittliche Logikchips. Weitere bedeutende Gießereien sind GlobalFoundries (USA, Fokus auf Mittelklasse-Knoten), UMC (Taiwan) und SMIC (Chinas größte Gießerei). Bemerkenswert ist, dass Taiwan und Südkorea zusammen den Großteil der modernsten Chipproduktion ausmachen – tatsächlich befinden sich laut einem US-Regierungsbericht von 2023 etwa 92 % der weltweiten Fertigungskapazität für die fortschrittlichsten (<10nm) Chips allein in Taiwan usitc.gov. Das verdeutlicht, wie stark die Chipfertigung auf wenige Standorte konzentriert ist.
- Hersteller von Speicherchips: Speicher ist ein spezialisiertes, aber wichtiges Teilsegment (für RAM, Flash-Speicher usw.). Es wird von IDMs wie Samsung und SK Hynix (beide Südkorea) und Micron (USA) dominiert. Zum Beispiel produzieren Samsung und SK Hynix zusammen über 70 % der weltweiten DRAM-Speicherchips patentpc.com. Diese Unternehmen investieren stark in die Fertigung von DRAM- und NAND-Flash-Speicher, oft in riesigen Anlagen in Südkorea, Taiwan, den USA, Japan und China.
- Lieferanten von Halbleiter-Equipment: Diese Unternehmen bauen die Werkzeuge und Maschinen für die Chipfertigung – eine absolut kritische, hochtechnologische Branche für sich. Führende Ausrüster sind ASML (Niederlande), das exklusiv EUV-Lithographiesysteme für Chips ab 7nm und kleiner herstellt patentpc.com; Applied Materials, Lam Research, KLA (alle USA), die Anlagen für Abscheidung, Ätzen und Inspektion liefern; Tokyo Electron und Nikon (Japan) für Lithographie- und Ätztechnik; und andere. Ohne diese hochmodernen Maschinen können Fabriken nicht betrieben werden. Die USA, Japan und die Niederlande dominieren historisch die Halbleiter-Equipment-Branche – ein Grund, warum Exportbeschränkungen für diese Werkzeuge zu einem geopolitischen Thema geworden sind (dazu später mehr).
- Material- und Chemikalienlieferanten: Die Chip-Herstellung ist ebenfalls auf eine komplexe Versorgung mit spezialisierten Materialien angewiesen – von ultrareinen Siliziumwafern bis hin zu exotischen Chemikalien und Gasen. Einige Beispiele: Shin-Etsu Handotai und SUMCO (Japan) produzieren einen großen Anteil der weltweiten Siliziumwafer. JSR, Tokyo Ohka Kogyo (Japan) und andere liefern Photoresists (lichtempfindliche Chemikalien) steveblank.com. Industriegasunternehmen wie Linde, Air Liquide stellen die über 100 Gassorten bereit, die in Fabriken verwendet werden (z. B. Fluor, Neon, Argon) steveblank.com. Viele dieser kritischen Materialien sind in Japan, China und Europa konzentriert. Beispielsweise ist Japan seit langem führend bei Halbleiterchemikalien, während China viele seltene Mineralien raffiniert, die in Chips verwendet werden (wie Gallium und Germanium). Das bedeutet, dass Länder, die bei Rohstoffen dominieren (China, Russland usw.) und solche, die bei Spezialchemikalien führend sind (Japan), eine überproportionale Rolle in der Lieferkette spielen.
- EDA- und IP-Anbieter: Vor der Fertigung müssen Chips entworfen und verifiziert werden. Electronic Design Automation (EDA) Softwaretools werden im Wesentlichen von drei großen Unternehmen bereitgestellt – Synopsys, Cadence (beide USA) und Siemens EDA (Mentor Graphics) – allesamt amerikanische oder amerikanisch-verbündete Firmen steveblank.com. Sie haben ein Quasi-Monopol auf die komplexe Software, mit der Ingenieure Milliarden von Transistoren anordnen und Simulationen durchführen. Außerdem werden Kerndesigns (wie CPU-Kerne) häufig von IP-Unternehmen wie ARM (UK) lizenziert, die Blaupausen für die meisten mobilen Prozessoren bereitstellen steveblank.com. Diese Akteure im Vorfeld sind entscheidende Ermöglicher für die gesamte Branche.
- Outsourced Semiconductor Assembly and Test (OSAT): Sobald Wafer hergestellt sind, übernehmen spezialisierte Dienstleister das Verpacken und Testen der Chips. Zu den wichtigsten OSAT-Unternehmen gehören ASE Technology Holding (Taiwan) – der weltweit größte Verpacker – und Amkor (USA), sowie viele mit Sitz in China, Malaysia und Vietnam. Tatsächlich ist Südostasien zu einem Zentrum für die Chipmontage geworden: Beispielsweise übernimmt Malaysia etwa 13 % der weltweiten Chipverpackungs- und Testdienstleistungen patentpc.com, und der OSAT-Sektor in Vietnam wächst schnell patentpc.com. Diese Phasen sind arbeitsintensiv, und Unternehmen siedeln sie oft in Ländern mit qualifizierten Arbeitskräften und niedrigeren Kosten an.
Zusammenfassend ist die Halbleiterproduktion ein global verteiltes Unterfangen, aber mit kritischen Engpässen – einige wenige Unternehmen oder Länder führen in jedem Segment. Zum Beispiel entfallen auf nur drei Unternehmen (TSMC, Samsung, Intel) der Großteil der Produktion fortschrittlicher Chips, und nur drei Länder (Taiwan, Südkorea, China) stellen heute nahezu alle Chips her patentpc.com. Diese konzentrierte Struktur hat große Auswirkungen auf die Sicherheit der Lieferkette, wie wir im Folgenden untersuchen.
Struktur und Schwachstellen der Lieferkette
Die Halbleiter-Lieferkette wurde als „die komplexeste Lieferkette aller Branchen“usitc.gov bezeichnet – und aktuelle Ereignisse haben gezeigt, wie fragil sie sein kann. Von Naturkatastrophen bis zu geopolitischen Konflikten bedrohen zahlreiche Schwachstellen den reibungslosen Fluss der Chips. Wichtige Engpässe und Risiken sind unter anderem:
- Starke geografische Konzentration: Die geografische Ballung der Branche bedeutet, dass eine Störung in einer Region die ganze Welt lahmlegen kann. Nirgendwo wird das deutlicher als bei Taiwans übergroßer Rolle. Während Taiwan etwa 18 % aller Chips nach Stückzahl herstellt, entfallen laut einem USITC-Bericht von 2023 „rund 92 % der weltweit fortschrittlichsten Chipfertigungskapazitäten“ auf das Land usitc.gov. Mit anderen Worten: Fast alle hochmodernen (unter 10 nm) Chips stammen aus Taiwan (hauptsächlich TSMC), der Rest aus Südkorea. Das ist ein enormes Lieferkettenrisiko – jede Unterbrechung (ein Erdbeben, eine geopolitische Krise) könnte die globalen Technologielieferketten lahmlegenusitc.gov. Experten weisen darauf hin, dass eine größere Störung der taiwanesischen Fabs eine wirtschaftliche Katastrophe weit über den Technologiesektor hinaus wäre. Südkorea ist ein weiterer Single Point of Failure: Fast alle High-End-Speicherchips kommen zum Beispiel von zwei dortigen Unternehmen. Das haben Länder und Unternehmen erkannt und versuchen nun, die Fertigung geografisch zu diversifizieren (eine Verschiebung von der Globalisierung zur „Regionalisierung“)nefab.com, aber der Bau neuer Fabs anderswo braucht Zeit.
- Abhängigkeiten von Einzellieferanten: Bestimmte kritische Vorprodukte hängen von einzelnen oder sehr wenigen Lieferanten ab. Ein herausragendes Beispiel ist ASML – das niederländische Unternehmen ist die einzige Quelle für EUV-Lithografiemaschinen, die für Spitzenchips benötigt werden patentpc.com. Wenn ASML keine Maschinen liefern kann (sei es wegen Exportverboten oder Produktionsproblemen), kommt der Chip-Fortschritt zum Stillstand. Ähnlich verhält es sich bei wichtigen Chemikalien, für die es oft nur wenige qualifizierte Lieferanten gibt. Beispielsweise liefern einige wenige japanische Firmen den Großteil der Photoresist-Chemikalien weltweit. Fortschrittliche Chip-Design-Software (EDA-Tools) ist ein weiteres Nadelöhr, das von nur drei US-amerikanischen Anbietern dominiert wird. Diese Konzentrationspunkte bedeuten, dass die gesamte Kette nur so stark ist wie ihr schwächstes (oder engstes) Glied.
- Risiken bei Materialien und natürlichen Ressourcen: Die Halbleiterfertigung ist auf bestimmte seltene Materialien und raffinierte Chemikalien angewiesen – und Versorgungsschocks bei diesen haben bereits Probleme verursacht. Der Russland-Ukraine-Krieg 2022 hat dies verdeutlicht: Die Ukraine lieferte etwa 25–30 % des weltweit gereinigten Neon-Gases (für Laser-Lithografie), und Russland einen ähnlichen Anteil des weltweiten Palladiums (wird in einigen Chip-Prozessen verwendet) usitc.gov. Als der Krieg diese Lieferungen unterbrach, war die Chip-Produktion bedroht, bis alternative Quellen hochgefahren wurden usitc.gov. Ein weiteres Beispiel gab es Mitte 2023: China reagierte auf US-Technologiebeschränkungen, indem es den Export von Gallium und Germanium verbot – zwei wenig bekannte Metalle, die für Halbleiterlaser, Hochfrequenzchips und Solarzellen unverzichtbar sind deloitte.com. China produziert den Großteil dieser Elemente, sodass der Schritt die Hersteller zwang, nach anderen Lieferanten zu suchen. Diese Vorfälle verdeutlichen eine Schwachstelle: Wenn eine einzige Quelle eines kritischen Materials ausfällt, kann dies den gesamten Chip-Fertigungsprozess ausbremsen.
- Extreme Komplexität und Vorlaufzeiten: Es kann Monate dauern, eine Charge Chips herzustellen und Jahre, um eine neue Fabrik von Grund auf zu bauen. Diese langen Vorlaufzeiten bedeuten, dass die Lieferkette sich nicht schnell von Störungen erholen kann. Während der COVID-19-Pandemie führte beispielsweise ein rapider Nachfrageschub in Kombination mit Stilllegungen zu einem schweren Chipmangel im Jahr 2021, dessen schrittweise Behebung über ein Jahr dauerte usitc.gov. Besonders hart traf der Mangel die Automobilhersteller – Fabriken standen still und die Autoindustrie verlor schätzungsweise 210 Milliarden US-Dollar Umsatz im Jahr 2021 aufgrund fehlender Chips usitc.gov. Die komplexe, just-in-time organisierte Chip-Lieferkette (mit minimalen Lagerbeständen) bedeutet, dass selbst eine kleine Störung – ein Brand in einer japanischen Fabrik, ein Kälteeinbruch in Texas, der Werke lahmlegt, oder eine Dürre in Taiwan, die die Wasserversorgung einschränkt – zu weltweiten Produktionsverzögerungen führen kann. Das zeigte sich bei einem Brand in einem Renesas-Automobilchipwerk 2021 und Stromausfällen in texanischen Fabriken im selben Jahr, die jeweils zu Verzögerungen bei nachgelagerten Produkten führten.
- Fragile „Just-in-Time“-Kette: Jahrelang trieb Effizienz die Unternehmen dazu, die Lagerbestände niedrig zu halten und auf Echtzeit-Lieferungen zu setzen. Doch das ließ keinen Puffer für Störungen. Die globalisierte Kette war auf Kostenoptimierung, nicht auf Widerstandsfähigkeit ausgelegt. Nun, nach den Erfahrungen der Pandemie, drängen Unternehmen und Regierungen auf „Resilienz“ – sie bauen größere Vorräte an Chips oder Vorprodukten auf, verlagern die Produktion durch „Friendshoring“ in vertrauenswürdige Länder und setzen auf die doppelte Beschaffung kritischer Komponenten reuters.com. Dennoch sind die Veränderungen langsam und teuer.
- Geopolitische Fragmentierung: Vielleicht die größte aufkommende Verwundbarkeit ist die Politisierung der Chip-Lieferkette. Die Tech-Rivalität zwischen den USA und China hat zu Exportkontrollen und schwarzen Listen geführt, die die Welt für Halbleiter effektiv in zwei Teile spalten. „In der Chipbranche ist die Globalisierung tot. Freihandel ist noch nicht ganz tot, aber er ist in Gefahr“, sagte TSMC-Gründer Morris Chang im Jahr 2023. Im vergangenen Jahr haben die USA und ihre Verbündeten Chinas Zugang zu fortschrittlicher Chiptechnologie zunehmend eingeschränkt, aus Angst vor Sicherheitsrisiken. Dies hat dazu geführt, dass China verstärkt auf eigene Technologien setzt und im Gegenzug sogar bestimmte Exporte einschränkt. Das Ergebnis ist eine stärker zweigeteilte Lieferkette – eine, in der westlich ausgerichtete und China-ausgerichtete Ökosysteme möglicherweise weniger voneinander abhängig werden. Während dies etwas Redundanz schaffen könnte, bedeutet es auch weniger Effizienz, höhere Kosten und potenzielle Doppelarbeit in zwei Technologiesphären theregister.com. Chang sagte unverblümt, „Globalisierung ist fast tot und Freihandel ist fast tot“ theregister.com, und warnte, dass die goldene Ära einer einheitlichen globalen Chipkette zu Ende geht. Diese Übergangsphase bringt Unsicherheit und Risiken mit sich, da Unternehmen sich in komplexen neuen Regeln zurechtfinden müssen, wem sie verkaufen und wo sie produzieren dürfen.
Kurz gesagt, die Halbleiter-Lieferkette ist ein zweischneidiges Schwert: Ihre globale Natur ermöglichte bemerkenswerte Innovation und Skalierung zu niedrigen Kosten, schuf aber auch gefährliche Single Points of Failure. Eine Dürre in Taiwan oder ein politischer Stillstand im Südchinesischen Meer ist nicht nur ein lokales Problem – es könnte die Produktion von Smartphones, Autos und Rechenzentrumsservern weltweit stören usitc.gov. Diese Erkenntnis treibt nun massive Bemühungen an, die Resilienz zu erhöhen – von staatlichen Subventionen für lokale Fabriken bis zur Diversifizierung der Zulieferer. Aber der Aufbau von Redundanz braucht Zeit, und in der Zwischenzeit bleibt die Welt hochgradig anfällig für Halbleiter-Lieferschocks.
Schlüsselmaterialien und -technologien in der Chipfertigung
Die Kunst der Chipfertigung beruht auf einer Reihe von Spitzentechnologien und spezialisierten Materialien. Das Verständnis dieser Aspekte gibt Einblick, warum die Herstellung von Chips so herausfordernd ist (und warum nur wenige Akteure dies auf höchstem Niveau können):
- Silizium-Wafer: Die Mehrheit der Chips wird auf Silizium hergestellt – ein reichlich vorhandenes Element, dessen halbleitende Eigenschaften es ideal machen. Siliziumbarren werden in spiegelglatte Wafer geschnitten (300 mm Durchmesser für die meisten fortschrittlichen Fabs heute). Diese Wafer sind die Ausgangsbasis für Chips. Die Herstellung fehlerfreier, reiner Siliziumkristalle ist selbst ein Hightech-Prozess, der nur von wenigen Unternehmen (meist in Japan) beherrscht wird. Weitere Halbleitermaterialien werden ebenfalls für Nischenanwendungen verwendet: z. B. Galliumarsenid oder Indiumphosphid für Hochfrequenz-RF-Chips sowie Siliziumkarbid (SiC) oder Galliumnitrid (GaN) für Hochleistungselektronik (wie EV-Motorsteuerungen und 5G-Basisstationen), aufgrund ihrer überlegenen elektrischen Eigenschaften bei hohen Spannungen oder Frequenzen. Diese Verbindungshalbleiter sind entscheidend für 5G, Elektrofahrzeuge und Luft- und Raumfahrt, und es werden Anstrengungen unternommen, ihre Produktion zu steigern (oft unter Beteiligung von US-amerikanischen, europäischen und japanischen Unternehmen, die in der Materialwissenschaft führend sind).
- Photolithografie-Technologie: Im Zentrum der modernen Chipfertigung steht die Photolithografie – das Verwenden von Licht zum Ätzen winziger Muster. Diese Technologie hat fast schon Science-Fiction-Dimensionen erreicht. Die derzeit führenden Fabs nutzen Extreme Ultraviolet (EUV) Lithografie, die bei einer Wellenlänge von 13,5 nm arbeitet und extrem komplexe Optiken, Plasma-Lichtquellen und Vakuumsysteme umfasst. Wie bereits erwähnt, ist ASML der einzige Hersteller von EUV-Scannern patentpc.com. Jede EUV-Maschine wiegt 180 Tonnen, hat Tausende von Komponenten (Zeiss-Spiegel, lasererzeugte Plasma-Lichtquelle usw.) und kostet über 300 Millionen US-Dollar bipartisanpolicy.org. EUV ermöglicht das Strukturieren von Merkmalen von ~7 nm und darunter mit weniger Prozessschritten. Für ältere Nodes (z. B. 28nm, 14nm) verwenden Fabs Deep Ultraviolet (DUV) Lithografie – immer noch komplex, aber mit einer etwas breiteren Anbieterbasis (ASML, Nikon, Canon liefern diese Werkzeuge). Der Fortschritt in der Lithografie war der Haupttreiber von Moores Gesetz, das die Verdopplung der Transistordichte ermöglichte. Der nächste Schritt in der Lithografie ist bereits in Arbeit: High-NA EUV (Linsen mit höherer numerischer Apertur für noch feinere Muster), die für 2nm- und kleinere Chips bis 2025-2026 anvisiert werden. Die gesamte Welt der Chipfertigung hängt weitgehend von Fortschritten in dieser optischen Technologie ab.
- Chemische Prozesse und Gase: Eine moderne Fabrik verwendet eine erstaunliche Vielzahl von Chemikalien – von Gasen wie Fluor, Argon, Stickstoff, Silan bis hin zu flüssigen Lösungsmitteln, Säuren und Photoresists. Mehr als 100 verschiedene Gase (viele davon giftig oder hochspezialisiert) können in verschiedenen Abscheidungs- und Ätzschritten verwendet werden steveblank.com. Photoresist-Chemikalien sind lichtempfindliche Polymere, die auf Wafern verteilt werden, um Schaltkreismuster zu übertragen – ein Nischenmarkt, der von japanischen Firmen dominiert wird steveblank.com. Chemical Mechanical Planarization (CMP) Slurries mit Nano-Abrasivstoffen werden verwendet, um Wafer-Schichten plan zu polieren steveblank.com. Sogar deionisiertes, ultrareines Wasser ist ein kritisches „Material“ – Fabriken verbrauchen riesige Mengen, um Wafer zu spülen (wie im Umweltabschnitt besprochen). Jedes Material muss extremen Reinheitsanforderungen genügen, da ein einziges Verunreinigungsatom oder -partikel Milliarden von Transistoren ruinieren kann. Daher ist die Versorgung mit diesen Materialien selbst ein Hightech-Unterfangen, oft mit nur wenigen qualifizierten Lieferanten (daher anfällig für Störungen, wie zuvor erwähnt).
- Transistortechnologie (Node-Generationen): Chips werden oft nach ihrem „Node“ oder Transistorgröße klassifiziert – z. B. 90nm, 28nm, 7nm, 3nm usw. Kleiner ist im Allgemeinen besser (mehr Transistoren pro Fläche, höhere Geschwindigkeit, geringerer Stromverbrauch). Wie werden diese winzigen Transistoren hergestellt? Es erfordert sowohl Lithografie zur Definition ihrer kleinen Strukturen als auch clevere Transistorarchitektur. Die Branche wechselte von traditionellen flachen (planaren) Transistoren zu FinFET (3D-Fin-Transistoren) um den 22nm-Knoten, um Leckströme zu kontrollieren. Jetzt, bei ~3nm, wird ein neues Design namens Gate-All-Around (GAA) oder Nanosheet-Transistoren eingeführt (Samsungs 3nm verwendet GAA, und TSMC/Intel planen GAA bei 2nm) – hierbei umschließt das Gate den Kanal vollständig für noch bessere Kontrolle. Diese Fortschritte in der Bauelementstruktur, zusammen mit neuen Materialien (z. B. High-κ-Dielektrika, Metall-Gates), haben das Mooresche Gesetz verlängert, obwohl einfaches Skalieren immer schwieriger wird bipartisanpolicy.org. Es gibt eine ganze Pipeline an F&E für neue Materialien auf Transistorebene – zum Beispiel die Verwendung von Germanium oder 2D-Materialien (wie Graphen) für Kanäle zur Erhöhung der Beweglichkeit oder III-V-Halbleiter für bestimmte Schichten. Während solche Materialien für Logik noch nicht in der Massenproduktion sind, könnten sie in den kommenden Jahren erscheinen, wenn Siliziumtransistoren an physikalische Grenzen stoßen.
- Verpackungs- und Chip-Integrationstechnologie: Da das Verkleinern von Transistoren immer weniger Ertrag bringt, verlagert sich die Innovation auf Chip-Verpackung und Integration. Fortschrittliche Verpackung ermöglicht es, mehrere Chips (Chiplets) in einem Gehäuse zu kombinieren, die durch hochdichte Verbindungen verbunden sind. Techniken wie TSMCs CoWoS und SoIC, Intels Foveros und AMDs Chiplet-Architektur erlauben es Designern, verschiedene „Tiles“ (CPU-Kerne, GPU, IO, Speicher) in einem Modul zu kombinieren. Das verbessert Leistung und Ausbeute (kleinere Chips lassen sich fehlerfrei leichter herstellen und dann zusammenfügen). Zum Beispiel nutzen AMDs neueste CPUs Chiplets, und Intels kommende Meteor Lake ebenfalls. 3D-Stacking ist eine weitere Technologie – Chips werden übereinandergestapelt, etwa indem Speicher auf Logik gesetzt wird (z. B. HBM-High-Bandwidth-Memory-Stacks), um Bandbreitenengpässe zu überwinden. Die Branche standardisiert Chiplet-Schnittstellen (UCIe), sodass Chips verschiedener Anbieter eines Tages interoperabel in einem Gehäuse funktionieren könnten bakerbotts.com. Kurz gesagt, „Chiplets sind wie Legosteine – kleinere, spezialisierte Chips, die gemischt und kombiniert werden können, um leistungsfähigere Systeme zu schaffen“, wie das MIT Tech Review treffend formulierte (und damit einen wichtigen Innovationstrend illustriert). Diese Verpackungsrevolution ist eine Schlüsselstrategie, um die Systemleistung weiter zu steigern, auch wenn das Transistor-Skaling langsamer wird.
- Design-Software & IP: Auch wenn es kein Material ist, lohnt es sich, die EDA (Electronic Design Automation)-Tools und IP-Kerne zu erwähnen, die für das Chipdesign entscheidend sind. Moderne Chips sind so komplex, dass KI-gestützte EDA aufkommt – Tools nutzen inzwischen maschinelles Lernen, um Chip-Layouts zu optimieren und Designs schneller zu verifizieren steveblank.com. Auf der IP-Seite sind Kerndesigns wie ARMs CPU-Kerne oder Imaginations GPU-Kerne grundlegende Technologien, die viele Chipfirmen lizenzieren, anstatt sie neu zu erfinden, und dienen so effektiv als Bausteine.
- Neue Rechenparadigmen: Über traditionelle digitale Chips hinaus werden neue Technologien erforscht: Quantencomputer-Chips (mit Qubits aus supraleitenden Schaltkreisen oder gefangenen Ionen) versprechen exponentielle Geschwindigkeitsvorteile für bestimmte Aufgaben, sind aber noch auf Forschungsebene. Photonische integrierte Schaltkreise nutzen Licht statt Elektrizität für Kommunikation und potenziell auch für Berechnungen mit sehr hoher Geschwindigkeit und wenig Wärme – bereits in Teilen der Kommunikationsinfrastruktur im Einsatz. Neuromorphe Chips zielen darauf ab, neuronale Netze des Gehirns in Hardware für KI-Anwendungen nachzubilden. Auch wenn diese noch nicht Mainstream sind, könnten laufende F&E sie in den kommenden Jahren Teil der Halbleiterlandschaft werden lassen.
Zusammengefasst erfordert die Herstellung von Halbleitern die Beherrschung einer erstaunlichen Bandbreite an Technologien – von Materialwissenschaft (perfekte Kristalle züchten, Chemie des Ätzens) über optische Physik (Nano-Photonik der Lithografie) bis hin zur Informatik (Design-Algorithmen). Diese Komplexität ist der Grund, warum nur wenige Ökosysteme (Taiwan, Südkorea, USA, Japan, Europa) diese Technologien vollständig beherrschen und Nachzügler große Hürden überwinden müssen. Es ist auch der Grund, warum Chips so schwer herzustellen – aber so erstaunlich in ihrer Leistung sind.
Innovationen und F&E-Richtungen
Die Halbleiterindustrie wird von unermüdlicher Innovation angetrieben – berühmt zusammengefasst im Moore’schen Gesetz, der Beobachtung, dass sich die Transistoranzahl auf Chips etwa alle zwei Jahre verdoppelt. Während das Moore’sche Gesetz langsamer wird, da physikalische Grenzen näher rücken, ist die Forschung und Entwicklung (F&E) in der Chipwelt lebendiger denn je und erforscht neue Wege, die Leistung weiter zu steigern. Hier sind einige wichtige Innovationen und zukünftige Richtungen für 2024-2025:
- Vorstoß an die Node-Grenze: Die großen Akteure liefern sich ein Rennen um die Kommerzialisierung der nächsten Chip-Generationen. TSMC und Samsung starteten die 3-Nanometer-Produktion in 2022-2023; nun plant TSMC 2-nm-Fabs bis 2025-2026, und IBM (mit Rapidus in Japan) hat sogar einen Laborprototyp eines 2-nm-Chips demonstriert. Intel will mit Nodes, die es 20A und 18A (etwa 2-nm-Äquivalent) nennt, bis 2024-2025 die Prozessführung zurückerobern und dabei Ribbon-GAA-Transistoren („RibbonFET“) integrieren. Jeder Node-Shrink erfordert enorme F&E – neue Lithografie-Tricks, neue Materialien (wie Kobalt oder Ruthenium für Verbindungen, neuartige Isolatoren) und mehr EUV-Schichten. Es gibt sogar Gespräche über Sub-1-nm-Prozesse (sogenannte Angström-Skala) später im Jahrzehnt, wobei die „nm“-Bezeichnungen dann größtenteils Marketing sind – die tatsächlichen Strukturgrößen könnten nur wenige Atome dick sein.
- Chiplet- und modulare Architekturen: Wie erwähnt, ist das Chiplet-basierte Design eine wichtige Innovation, die man im Auge behalten sollte. Es wird bereits eingesetzt (AMDs Zen-Prozessoren, Intels kommende Meteor Lake, Apples M1 Ultra, der im Wesentlichen zwei M1 Max Chips über einen Interposer verbindet) und entwickelt sich mit standardisierten Schnittstellen weiter. Dieser modulare Ansatz ermöglicht die Wiederverwendung von IP-Blöcken, das Mischen von Prozessknoten (z. B. Analogfunktionen auf einem älteren Node-Chiplet, CPUs auf einem neueren Node-Chiplet) und bessere Ausbeuten. Das UCIe (Universal Chiplet Interconnect Express)-Konsortium, das 2022 gegründet wurde, entwickelt offene Standards, sodass ein Unternehmen potenziell vorgefertigte Chiplet-Komponenten kaufen und integrieren könnte – wie das Zusammenstecken von Legosteinen. 2024 sehen wir, dass Chiplets immer speziellere Kombinationen ermöglichen, etwa die einfache Integration von KI-Beschleunigern oder HBM-Speicherstapeln zur Leistungssteigerung bakerbotts.com. In Zukunft könnte dies die Art und Weise, wie Chips entworfen und von wem sie produziert werden, drastisch verändern (und die Eintrittsbarrieren für neue Akteure senken, die sich auf eine Chiplet-Nische spezialisieren können).
- Künstliche Intelligenz (KI) und spezialisierte Chips: Die boomende Nachfrage nach KI-Computing (z. B. Training großer neuronaler Netze für generative KI) prägt die Chip-Innovation. Traditionelle CPUs sind für KI-Workloads ineffizient, daher sind GPUs (Grafikprozessoren) und KI-Beschleuniger (TPUs, NPUs usw.) sehr gefragt. Im Jahr 2024 erlebten wir einen „KI-Goldrausch“ bei Halbleitern – Nvidias Data-Center-GPUs verkaufen sich beispielsweise so schnell, wie sie produziert werden können, und viele Start-ups entwickeln KI-spezifische Chips. Chips für generative KI (umfassend CPUs, GPUs, spezialisierte KI-Beschleuniger, Speicher, Netzwerke) erzielten 2024 wahrscheinlich einen Umsatz von über 125 Milliarden US-Dollar – mehr als doppelt so viel wie ursprünglich prognostiziert – und machten über 20 % aller Chipverkäufe aus deloitte.com. Dies treibt F&E in Architekturen voran, die für KI optimiert sind: Man denke an Tensor-Prozessoren, neuromorphe Chips, In-Memory-Computing (Datenverarbeitung in Speicherarrays) und sogar analoge Computer für KI. Große Akteure wie NVIDIA, Google (TPU), Amazon (Inferentia) und Start-ups (Graphcore, Cerebras usw.) treiben innovative Designs voran. AMDs CEO Lisa Su schätzte, dass der Gesamtmarkt für KI-bezogene Chips bis 2028 500 Milliarden US-Dollar erreichen könnte deloitte.com – eine Zahl, die größer ist als der gesamte Halbleitermarkt von 2023, was das transformative Potenzial der KI unterstreicht. Solche Prognosen treiben enorme Investitionen in die KI-Chip-Forschung und -Entwicklung an.
- 3D-Integration & heterogene Integration: Über Chiplets nebeneinander hinaus ist 3D-Stapelung (Chips übereinander) eine weitere Grenze. Speicherstapelung (z. B. HBM auf GPUs) ist bereits üblich. Der nächste Schritt ist das Stapeln von Logikchips, um Verbindungen zu verkürzen – zum Beispiel das Platzieren von Cache-Speicher direkt auf einer CPU-Kernschicht für schnelleren Zugriff. Forschungsprojekte untersuchen 3D-ICs mit Tausenden vertikalen Verbindungen (Through-Silicon-Vias oder sogar gebondete Inter-Die-Verbindungen im Nanometerbereich). Heterogene Integration bezeichnet das Zusammenführen verschiedener Technologien (CMOS-Logik, DRAM-Speicher, Photonik usw.) in einem Gehäuse oder Stapel. Der US-amerikanische CHIPS Act finanziert fortschrittliche Packaging- und Integrationsanlagen, da dies als Schlüssel für zukünftige Fortschritte gilt, wenn das reine Skalieren an seine Grenzen stößt. Im Jahr 2024 demonstrierte Intel das Stapeln eines Compute-Chips auf einem I/O-Chip mit „PowerVia“ Stromversorgung auf der Rückseite dazwischen, als Teil ihrer kommenden Designs. Das ist hochmoderne Packaging-Forschung und -Entwicklung.
- Neue Materialien und Transistor-Paradigmen: Forscher arbeiten auch an Post-Silizium-, Post-CMOS-Technologien. Graphen und Kohlenstoffnanoröhren besitzen faszinierende Eigenschaften (ultraschnelle Elektronenbeweglichkeit), die deutlich kleinere Transistoren ermöglichen könnten, aber ihre Integration in die Massenfertigung ist eine Herausforderung. Dennoch wurden experimentelle Kohlenstoffnanoröhren-FETs bereits in Laborchips gezeigt (MIT stellte vor einigen Jahren einen 16-Bit-Mikroprozessor vollständig aus Kohlenstoffnanoröhren-Transistoren her). 2D-Halbleiter wie Molybdändisulfid (MoS₂) werden für ultradünne Kanäle erforscht. Unterdessen sind Spintronik (Nutzung des Elektronenspins für Speicher, wie MRAM), ferroelektrische FETs und Quantenbauelemente aktive Forschungsbereiche, die die aktuelle Technik für bestimmte Anwendungen verbessern oder ersetzen könnten. Keine dieser Technologien wird 2025 in die Massenproduktion gehen, aber Investitionen heute könnten Durchbrüche gegen Ende des Jahrzehnts bringen. Ein bemerkenswertes Beispiel: IBM und Samsung kündigten 2021 Forschung zu VTFET (Vertical Transport FET) an, einer neuartigen vertikalen Transistorstruktur, die theoretisch einen großen Sprung in der Dichte ermöglichen könnte, indem Transistoren vertikal durch den Chip ausgerichtet werden.
- Quantencomputing und Siliziumphotonik: Auch wenn sie nicht direkt Teil der Mainstream-CMOS-Roadmaps sind, sind sowohl Quantencomputing als auch photonische Integration zukünftige Richtungen, die sich mit Halbleitern überschneiden. Die Quantencomputing-Forschung hat Milliardeninvestitionen gesehen – Unternehmen wie IBM, Google, Intel stellen sogar Quantenprozessor-Chips her (allerdings mit sehr unterschiedlicher Technologie – z. B. supraleitende Schaltkreise bei kryogenen Temperaturen). Wenn Quantencomputer skalieren, könnten sie klassische Halbleiter für bestimmte Aufgaben (Kryptografie, komplexe Simulationen) innerhalb eines Jahrzehnts oder zweier ergänzen. Siliziumphotonik hingegen verschmilzt bereits mit traditionellen Chips: Optische Schnittstellen für extrem schnelle Datenverbindungen (z. B. zwischen Server-Chips) werden mit winzigen Lasern und Wellenleitern auf dem Chip integriert. Technologiekonzerne (z. B. Intel, Cisco) haben photonische Chip-Programme, und Start-ups arbeiten an optischen neuronalen Netzwerken. 2024 sahen wir weitere Fortschritte mit der zweiten Generation optischer Transceiver-Chips für Rechenzentren und Forschung zu photonischem Computing für KI.
- Fortschrittliche Speichertechnologien: Innovation findet nicht nur bei Logikchips statt. Auch Speicher entwickelt sich weiter: 3D-NAND-Flash erreicht 200+ Schichten (Micron und SK Hynix kündigten Chips mit über 230 Schichten an) und vielleicht bis 2030 sogar 500+ Schichten, wobei die Speicherzellen wie Wolkenkratzer gestapelt werden. Neue Speicher wie MRAM, ReRAM und Phasenwechsel-Speicher sind in Entwicklung, um DRAM und Flash möglicherweise zu ersetzen oder zu ergänzen und bieten Nichtflüchtigkeit mit besserer Geschwindigkeit oder Ausdauer. 2023 zeigten Intel und Micron Fortschritte bei diesen Next-Gen-Speichern. Computational Storage (bei dem der Speicher einige Rechenaufgaben übernimmt) ist ein weiterer Ansatz.
Insgesamt ist die F&E-Pipeline reichhaltig – von unmittelbaren Verbesserungen der nächsten Generation in der Fertigung (2nm, GAA-Transistoren) bis hin zu revolutionären neuen Computerparadigmen. Die Branche erhält zudem beispiellose staatliche F&E-Unterstützung: So stellt beispielsweise der US-amerikanische CHIPS Act Milliarden für neue nationale Halbleiterforschungszentren bereit, und Europas Chips Act erhöht in ähnlicher Weise die F&E-Finanzierung semiconductors.org. Diese Bemühungen zielen darauf ab, die Führungsrolle bei zukünftigen Technologien zu sichern. Ein klarer Trend ist die massive Zusammenarbeit zwischen Unternehmen, Regierungen und Wissenschaft im Bereich der vorwettbewerblichen Forschung (angesichts der damit verbundenen Kosten).
Im Jahr 2025 mag das Mooresche Gesetz im traditionellen Sinne langsamer werden, aber Innovatoren sind zuversichtlich, dass „More Moore“ und „More than Moore“ (neue Fähigkeiten jenseits des reinen Skalierens) weiterhin Bestand haben werden. Ein aktueller Artikel im Economist stellte fest, dass selbst wenn sich die Größe der Transistoren nicht mehr alle zwei Jahre halbiert, das Innovationstempo durch Chiplet-Architekturen, KI-gesteuertes Design und Spezialisierung weitergehen könnte economist.com. Mit anderen Worten: Das Ende des Mooreschen Gesetzes bedeutet nicht das Ende rascher Verbesserungen – sie werden nur aus anderen Richtungen kommen. Die nächsten Jahre werden spannend, wenn wir erleben, ob Durchbrüche wie High-NA EUV, 3D-Chip-Stapelung oder vielleicht eine noch unbekannte neue Technologie die Branche zu neuen Höhen führen.
Geopolitische Spannungen und politische Implikationen
Halbleiter sind nicht nur ein Geschäft – sie sind geopolitische Chips in einem globalen Machtspiel. Da fortschrittliche Chips für wirtschaftliche Stärke und nationale Sicherheit entscheidend sind (man denke an Militärtechnologie, kritische Infrastruktur, sichere Kommunikation), haben Staaten zunehmend Maßnahmen ergriffen, um Halbleiterfähigkeiten zu schützen und zu kontrollieren. In den Jahren 2024-2025 haben sich diese Spannungen nur noch verschärft und die Politik sowie die internationalen Beziehungen neu geformt. Hier sind die wichtigsten Entwicklungen:
- US–China Tech „Chip-Krieg“: Die Vereinigten Staaten und China befinden sich in einem erbitterten Wettbewerb um Halbleiter. Die USA sehen Chinas Fortschritte bei Chips als potenzielle Sicherheitsbedrohung (fortschrittliche Chips können KI für das Militär usw. antreiben) und ergreifen starke Maßnahmen, um China den Zugang zu modernster Chiptechnologie zu verwehren. Im Oktober 2022 kündigten die USA umfassende Exportkontrollen an, die chinesischen Unternehmen den Erwerb fortschrittlicher Chips (> bestimmte Leistungsgrenzen) und der Ausrüstung zu deren Herstellung verbieten. In den Jahren 2023 und Ende 2024 wurden diese Beschränkungen weiter verschärft – zum Beispiel durch das Verbot selbst einiger weniger fortschrittlicher Nvidia-KI-Chips für China und die Erweiterung der Liste chinesischer Unternehmen (wie SMIC, Huawei) unter Sanktionen deloitte.com. Die USA setzten auch Verbündete Niederlande und Japan unter Druck, den Export fortschrittlicher Lithografie- und anderer Chip-Werkzeuge nach China einzuschränken, was diese Anfang 2023 zusagten (wodurch China vollständig von EUV-Maschinen abgeschnitten wurde, und sogar von einigen fortschrittlichen DUV-Werkzeugen). Das Ziel dieser Beschränkungen ist es, Chinas Fortschritt bei den modernsten Halbleitern zu verlangsamen, insbesondere bei denen, die für militärische KI und Supercomputing benötigt werden theregister.comm. US-Beamte erklärten offen, dass sie einen „kleinen Hof, hohen Zaun“ wollen – also eine kleine Menge der fortschrittlichsten Technologie, aber mit einer praktisch uneinnehmbaren Blockade darum herum.
- Chinas Antwort – Selbstversorgung und Anwerbungen: China hat nicht untätig zugesehen. Es startete ein 150+ Milliarden US-Dollar schweres „Made in China 2025“-Programm, um die heimische Halbleiterproduktion auszubauen und die Abhängigkeit von ausländischer Technologie zu verringern. Chinesische Fertigungsbetriebe wie SMIC machen stetige (wenn auch bescheidene) Fortschritte – trotz Sanktionen gelang es SMIC, in den Jahren 2022-23 7-nm-Chips zu produzieren (indem ältere DUV-Lithografie kreativ eingesetzt wurde) patentpc.com, wie in einem Huawei-Smartphone zu sehen, das 2023 auf den Markt kam und bei dessen Teardowns ein 7-nm-SoC aus chinesischer Produktion entdeckt wurde. China nutzt außerdem Schlupflöcher und verstärkt die F&E bei Werkzeugen, die nicht importiert werden können (wie die Entwicklung eigener Lithografieanlagen, auch wenn man hier noch Jahre zurückliegt). Eine weitere Taktik: Abwerbung von Talenten. Da US-Regeln Amerikanern die Unterstützung chinesischer Chipfirmen verbieten, hat China aggressiv Ingenieure aus Taiwan, Korea und anderen Ländern angeworben und bietet großzügige Vergünstigungen. „China hat aggressiv im Ausland lebende Talente rekrutiert… mit hohen Gehältern, kostenlosen Wohnungen und mehr“, berichtete Reuters deloitte.com. Dieser „Talentkrieg“ ist ein Versuch, Know-how zu importieren. Zusätzlich hat China eigene Exportkontrollen für bestimmte Materialien (Gallium, Germanium) Mitte 2023 verhängt deloitte.com und signalisiert damit, dass es mit seiner Dominanz bei einigen für Halbleiter essenziellen Rohstoffen Vergeltung üben kann.
- CHIPS-Gesetze und Industriepolitik: Eine auffällige Entwicklung ist, wie viele Regierungen Maßnahmen ergriffen haben, um die Chip-Produktion ins eigene Land oder zu befreundeten Staaten zu verlagern und damit mit jahrzehntelanger Laissez-faire-Politik brechen. Das US-amerikanische CHIPS and Science Act (2022) stellte 52,7 Milliarden US-Dollar an direkten Fördermitteln zur Verfügung, um die heimische Chip-Produktion zu stärken, plus 25 % Investitionssteuergutschriften für Fabrik-Investitionenbipartisanpolicy.org. Bis 2023-24 begann das US-Handelsministerium, diese Mittel an Projekte zu vergeben – zum Beispiel wurden 2023 die ersten Zuschüsse und Kreditgarantien für Unternehmen angekündigt, die Fabriken in den USA bauen bipartisanpolicy.org. Die Ziele sind, den US-Anteil an der weltweiten Produktion (derzeit ca. 12 %) zu erhöhen und sicherzustellen, dass die fortschrittlichsten Chips (z. B. für die Verteidigung) auf US-Boden hergestellt werden können. Ähnlich hat die EU mit dem European Chips Act (2023) das Ziel, 43 Milliarden Euro zu mobilisieren, um den europäischen Produktionsanteil bis 2030 auf 20 % zu verdoppeln consilium.europa.eu. Dies umfasst Subventionen für neue Fabriken (Intel erhielt eine große Subvention für eine Fabrik in Deutschland, TSMC wird ebenfalls für eine Fabrik in Deutschland umworben), Unterstützung für Start-ups und Forschungsförderung. Japan hat ebenfalls Milliarden an Subventionen bereitgestellt – es lockte TSMC dazu, eine Fabrik in Kumamoto (mit Sony und Denso als Partner) zu bauen, indem es fast die Hälfte der Kosten übernahm (476 Milliarden Yen ≈ 3,2 Mrd. US-Dollar Subvention) reuters.com. Japan gründete außerdem Rapidus, ein Konsortium mit Unternehmen wie Sony, Toyota und staatlicher Unterstützung, um gemeinsam mit IBM die 2nm-Prozesstechnologie im eigenen Land zu entwickeln. Südkorea kündigte eigene Anreize für einen Mega-„Halbleiter-Cluster“ an und will Unternehmen wie Samsung beim Bau neuer Fabriken unterstützen. Indien startete ein 10-Milliarden-Dollar-Incentive-Programm, um Chiphersteller zur Errichtung von Fabriken zu bewegen (Stand 2024 ist der Fortschritt jedoch langsam, mit etwas Interesse an Analog-/Mature-Fabs und Packaging). Sogar Saudi-Arabien und VAE haben Interesse signalisiert, massiv in Halbleiter zu investieren, um ihre Wirtschaft zu diversifizieren patentpc.com. Diese weltweite Welle der Industriepolitik ist für die Chipindustrie beispiellos, die historisch zwar einige staatliche Unterstützungen hatte (wie Taiwans langjährige Förderung von TSMC), aber nie eine so breite Koordination. Das Risiko besteht in möglicher Überkapazität auf lange Sicht und ineffizienter Allokation, aber die treibende Sorge ist nationale Sicherheit und Resilienz der Lieferketten.
- Allianzen und „Friendshoring“: Auf dem geopolitischen Schachbrett haben sich neue Allianzen rund um Chips gebildet. Die USA arbeiten daran, eine Art „Chip-Allianz“ aus gleichgesinnten, technologisch führenden Nationen zu schaffen – oft als „Chip 4“ bezeichnet (USA, Taiwan, Südkorea, Japan) – um die Sicherheit der Lieferkette zu koordinieren und kritische Technologie aus den Händen von Gegnern zu halten. Die Niederlande (Heimat von ASML) sind ebenfalls ein wichtiger Partner. Diese Länder kontrollieren gemeinsam den Großteil des High-End-Chip-IP, der Werkzeuge und der Produktion. Gemeinsame Erklärungen 2023 und 2024 zwischen den USA und Japan sowie den USA und den Niederlanden bekräftigten die Zusammenarbeit bei Halbleiterkontrollen. Auf der anderen Seite könnten China und Länder in seinem Einflussbereich (vielleicht Russland und einige andere) ihre eigenen technologischen Beziehungen vertiefen – z. B. hat China die technologische Zusammenarbeit mit Russland verstärkt und sucht Halbleiterausrüstung von jedem Land, das bereit ist zu verkaufen. Die Taiwan-Frage steht im Raum: Die USA sagen ausdrücklich, dass sie nicht dauerhaft von Taiwan für Chips abhängig bleiben können (daher die Förderung des TSMC-Baus in Arizona). Taiwan wiederum möchte seinen „Silizium-Schutzschild“ bewahren – die Idee, dass die weltweite Abhängigkeit von seinen Chips militärische Aggressionen abschreckt. Doch die Spannungen sind hoch – Planspiele und Aussagen einiger Beamter haben sogar extreme Ideen ins Spiel gebracht, wie etwa die Zerstörung von Taiwans Chipfabriken im Falle einer Invasion, um zu verhindern, dass sie in chinesische Hände fallen theregister.com. Das zeigt, wie Halbleiter inzwischen mit der nationalen Verteidigungsplanung verflochten sind.
- Höhere Kosten und Zielkonflikte: Eine Folge der Politisierung der Lieferkette sind höhere Kosten und Ineffizienzen. Morris Chang hat gewarnt, dass die Umstrukturierung der Produktion aus politischen Gründen die Preise in die Höhe treiben wird – das verteilte, just-in-time globale Modell war sehr kosteneffizient theregister.com. Nun bedeutet die Verdopplung von Fabriken in mehreren Ländern, manchmal nicht mit voller Auslastung, oder die Nutzung suboptimaler Standorte (aus Kostensicht), dass Verbraucher möglicherweise mehr für Chips und chipabhängige Produkte zahlen müssen. TSMC hat bereits erklärt, dass Chips aus der neuen Fabrik in Arizona deutlich teurer sein werden als die in Taiwan hergestellten (einige Schätzungen: ~50 % höhere Kosten) reuters.com. Unternehmen könnten diese Kosten weitergeben. Es gibt auch die Herausforderung, Talente und Lieferketten in neuen Regionen zu skalieren (wie die Verzögerung bei TSMC Arizona zeigte, siehe Abschnitt „Workforce“). Dennoch scheinen Regierungen bereit zu sein, diese Kosten für sicherheitspolitische Vorteile zu tragen.
- Exportkontrollen und Compliance: Eine weitere Entwicklung sind die komplexen Exportkontrollregime, die eingerichtet werden. Das Bureau of Industry and Security (BIS) des US-Handelsministeriums aktualisiert aktiv die Vorschriften. So kündigten die USA Ende 2024 Regeln an, um selbst den Zugang zu fortschrittlichen KI-Modellen für sanktionierte Länder einzuschränken und beschränkten bestimmte weniger fortschrittliche Chips, die für militärische Zwecke umfunktioniert werden könnten deloitte.com. Überwachung und Durchsetzung sind eine Herausforderung – es gibt einen florierenden Graumarkt von Chip-Resellern und Vermittlern, die versuchen, eingeschränkte Chips nach China oder andere verbotene Ziele zu bringen. Als Reaktion darauf erhöhen die USA die Durchsetzungsmaßnahmen. Unterdessen arbeitet China an einer eigenen Exportkontrollliste (möglicherweise, um mehr Artikel wie Seltenerdmagnete usw. aufzunehmen, über die bereits eingeschränkten Metalle hinaus). Dieses Katz-und-Maus-Spiel wird wahrscheinlich weitergehen, wobei Unternehmen manchmal zwischen die Fronten geraten (z. B. musste NVIDIA modifizierte, langsame Versionen seiner KI-Chips entwickeln, um sie legal nach China verkaufen zu können, woraufhin die USA wiederum mit weiteren Beschränkungen reagierten).
- Technologische Souveränität vs. Zusammenarbeit: Viele Länder sprechen über „technologische Souveränität“ – die EU verwendet diesen Begriff, um Investitionen zu rechtfertigen, die sicherstellen sollen, dass sie nicht vollständig von ausländischer Technologie abhängig ist. Andererseits gedeiht die Halbleiterinnovation durch globale Zusammenarbeit (kein Land kann alles günstig allein machen). Die Politik muss also einen Balanceakt vollziehen: lokale Kapazitäten aufbauen, ohne sich vom globalen Netzwerk der Zulieferer und Kunden zu isolieren. Der U.S. CHIPS Act enthält tatsächlich Bestimmungen, dass geförderte Unternehmen zehn Jahre lang keine fortschrittlichen neuen Kapazitäten in China aufbauen dürfen, um eine Entkopplung zu gewährleisten bipartisanpolicy.org. China wiederum fördert „Selbstständigkeit“, auch wenn das bedeutet, das Rad neu zu erfinden. Sollten sich die Gräben vertiefen, könnten wir parallele Ökosysteme sehen – zum Beispiel China mit eigenen EDA-Tools, eigener Ausrüstung, wenn auch eine Generation zurückliegend. Langfristig befürchten einige, dass diese Duplizierung die Gesamteffizienz der Innovation verringert (da zuvor ein Unternehmen wie TSMC F&E-Kosten durch weltweiten Verkauf amortisieren konnte; in einer geteilten Welt sind die Stückzahlen pro Markt geringer).
Der „Chip-Krieg“ im Halbleiterbereich wird die globale Politik voraussichtlich weiterhin prägen. Einerseits führt er zu riesigen Investitionen in Technologie und Kapazitäten (was Innovation und Arbeitsplätze fördern kann). Andererseits droht er, eine fragmentiertere und volatilere Technologielandschaft zu schaffen, in der Angebotsschocks und Handelsstreitigkeiten häufiger werden. Für die breite Öffentlichkeit bedeutet das unmittelbar, dass die Sicherstellung einer stabilen Chipversorgung für Regierungen zur obersten Priorität geworden ist – ähnlich wie die Energiesicherheit. In den kommenden Jahren ist mit Nachrichten über neue Fabrikgründungen im Herzen der USA oder in europäischen Hauptstädten, gegenseitigen Exportverboten zwischen Großmächten und Halbleitern als zentralem Thema bei diplomatischen Gesprächen zu rechnen. Der globale Wettbewerb um die Chip-Vorherrschaft ist nun in vollem Gange und wird sowohl die Entwicklung der Halbleiterindustrie als auch das breitere Gleichgewicht der Wirtschaftsmacht im 21. Jahrhundert maßgeblich beeinflussen.
Wirtschaftliche Auswirkungen der Halbleiterindustrie
Die Halbleiterindustrie ermöglicht nicht nur andere Sektoren – sie ist eine gewaltige wirtschaftliche Kraft für sich. Im Jahr 2024 wuchs der globale Halbleitermarkt stark, da sich die Engpässe der Pandemie auflösten und die neue Nachfrage sprunghaft anstieg. Der weltweite Chip-Umsatz erreichte im Jahr 2024 rund 630,5 Milliarden US-Dollarsemiconductors.org, was einen kräftigen Anstieg von etwa 18–20 % gegenüber dem Vorjahr bedeutet, und es wird erwartet, dass 2025 neue Rekorde erreicht werden (rund 697 Milliarden US-Dollar) deloitte.com. Wenn sich die aktuellen Trends fortsetzen, könnte die Branche bis 2030 jährlich 1 Billion US-Dollar erreichendeloitte.com. Zum Vergleich: Das entspricht ungefähr dem BIP der Niederlande oder Indonesiens, das jedes Jahr durch Chips erwirtschaftet wird.
Doch die wahre wirtschaftliche Bedeutung von Halbleitern ist weit größer als der reine Chip-Umsatz. „Unternehmen im Halbleiter-Ökosystem stellen Chips her … und verkaufen sie an Unternehmen, die sie in Systeme und Geräte integrieren … Der Umsatz von Produkten, die Chips enthalten, beträgt Zehntausende Milliarden Dollar“, erklärt Branchenexperte Steve Blank steveblank.com. Tatsächlich enthält praktisch jedes moderne elektronische Produkt (Smartphones, PCs, Autos, Telekommunikationsausrüstung, Industriemaschinen) Chips – diese Endmärkte haben zusammen einen Wert von vielen Billionen und treiben die Produktivität der gesamten Wirtschaft an. Beispielsweise sind Halbleiter grundlegend für Schlüsselindustrien wie die Automobilbranche (heutige Autos haben Dutzende Mikrocontroller), Computer- und Cloud-Dienste, Telekommunikation (5G-Netze), Unterhaltungselektronik und aufstrebende Bereiche wie künstliche Intelligenz und erneuerbare Energien. Die Verfügbarkeit und die Kosten von Chips beeinflussen direkt die Gesundheit und das Innovationstempo dieser Sektoren.
Einige konkrete Punkte zur wirtschaftlichen Bedeutung:
- Technologische Revolutionen ermöglichen: Halbleiter sind oft der Engpass oder Katalysator für neue Technologiewellen. Der Aufstieg von Smartphones und mobilem Internet in den 2010er Jahren wurde durch immer leistungsfähigere und energieeffizientere Handy-Chips ermöglicht. Der aktuelle KI-Boom (mit ChatGPT-ähnlichen Modellen und autonomen Systemen) ist dank modernster GPUs und KI-Beschleuniger möglich; wenn der Fortschritt bei Chips stagniert hätte, könnten KI-Algorithmen nicht in praktischem Maßstab laufen. Die zukünftige Ausweitung des IoT (Internet der Dinge), von Elektro- und selbstfahrenden Autos, Industrie 4.0-Automatisierung und 6G-Kommunikation setzt allesamt weitere Fortschritte bei Chips voraus. Wirtschaftlich gesehen haben Chips einen enormen Multiplikatoreffekt – ein Durchbruch bei Halbleitern kann völlig neue Industrien freisetzen. In Anerkennung dessen bezeichnen Regierungen Halbleiter als „strategische“ Industrie; so erklärte das Weiße Haus, dass Halbleiter „entscheidend für das Wirtschaftswachstum und die nationale Sicherheit der USA“ seien, was verdeutlicht, warum der CHIPS Act gerechtfertigt war bipartisanpolicy.org.
- Arbeitsplatzschaffung und hochqualifizierte Beschäftigung: Die Halbleiterbranche sichert weltweit eine große Zahl von Arbeitsplätzen, viele davon hochbezahlte Fachkräfte (Ingenieure, Techniker, Forscher). In Chip-Design-Zentren wie dem Silicon Valley (USA) oder Hsinchu (Taiwan) sind Chipunternehmen wichtige Arbeitgeber. Eine einzige neue Fabrik kann Tausende direkte und Zehntausende indirekte Arbeitsplätze (Bau, Zulieferer, Dienstleistungen) schaffen. Beispielsweise sollen Intels geplante Fabriken in Ohio und TSMCs in Arizona jeweils etwa 3.000 direkte Arbeitsplätze und noch viel mehr in der Gesamtwirtschaft schaffen. Zudem sind dies genau die Art von fortschrittlichen Industriearbeitsplätzen, die viele entwickelte Länder aus wirtschaftlichen und sicherheitspolitischen Gründen gerne im eigenen Land hätten. Allerdings, wie wir im nächsten Abschnitt besprechen, wird es zunehmend schwieriger, qualifizierte Fachkräfte für diese Jobs zu finden, was wiederum wirtschaftliche Auswirkungen hat (Arbeitskräftemangel kann das Wachstum bremsen und Löhne in die Höhe treiben).
- Welthandel und Lieferketten: Halbleiter gehören zu den weltweit am meisten gehandelten Produkten. Der jährliche Welthandel mit Halbleitern und zugehöriger Ausrüstung beläuft sich auf Hunderte Milliarden. Chips gehören beispielsweise konstant zu den wichtigsten Exportgütern von Ländern wie Taiwan, Südkorea, Malaysia und zunehmend China (das viele Chips im unteren Segment exportiert, während es hochwertige importiert). Tatsächlich haben seit 2020 Chinas Chipimporte (etwa 350 Mrd. $ im Jahr 2022) die Ölimporte übertroffen, was Chips als entscheidende Importware für das Land hervorhebt patentpc.com. Diese Dynamik wirkt sich auch auf Handelsbilanzen und Verhandlungen aus. Exportorientierte Volkswirtschaften wie Südkorea und Taiwan sind für ihr Wachstum auf Chipexporte angewiesen – in Taiwan ist TSMC allein ein bedeutender Beitrag zum BIP und Handelsüberschuss. Länder hingegen, die auf Chipimporte angewiesen sind (wie viele in Europa oder Indien), sehen die Verbesserung ihrer Handelsbilanz als einen Grund, die eigene Produktion auszubauen.
- Wirtschaftliche Sicherheit: Der Chipmangel 2021-2022 diente als Weckruf: Ein Mangel an Halbleiterteilen im Wert von 1 $ reichte aus, um die Produktion von Autos im Wert von 40.000 $ zu stoppen, was zur Inflation und zu einem geringeren BIP-Wachstum in einigen Regionen beitrug. Studien schätzten, dass der Chipmangel die weltweite Automobilproduktion um mehrere Prozentpunkte reduzierte und die Verfügbarkeit von Unterhaltungselektronik verlangsamte, was wahrscheinlich einen geringfügig dämpfenden Effekt auf das BIP im Jahr 2021 hatte. Regierungen betrachten nun eine gesicherte Chipversorgung als Teil der wirtschaftlichen Sicherheit. Ein PwC-Bericht aus dem Jahr 2023 warnte sogar, dass eine ernsthafte, durch den Klimawandel verursachte Störung der Chipversorgung ein Drittel der prognostizierten Produktion von 1 Billion US-Dollar gefährden könnte, wenn sich die Branche nicht anpasst pwc.com – was der Weltwirtschaft erheblich schaden würde. Daher integrieren Wirtschaftsplaner Halbleiter in Risikobewertungen, die normalerweise für essentielle Rohstoffe reserviert sind.
- Aktienmarkt und Unternehmenswachstum: Halbleiterunternehmen selbst sind zu einigen der wertvollsten Unternehmen der Welt geworden. Ende 2024 lag die kombinierte Marktkapitalisierung der zehn größten Chipfirmen bei etwa 6,5 Billionen US-Dollar, ein Anstieg von 93 % gegenüber dem Vorjahr deloitte.com, dank steigender Bewertungen im Zusammenhang mit KI. Giganten wie TSMC, NVIDIA, Samsung, Intel und ASML haben jeweils Marktkapitalisierungen in Höhe von mehreren Hundert Milliarden. Die Performance dieser Unternehmen beeinflusst maßgeblich Aktienindizes und Investitionsströme. Tatsächlich gilt der Philadelphia Semiconductor Index (SOX) oft als Barometer für die Gesundheit des Technologiesektors. Der durch den Aufstieg dieser Firmen geschaffene Wohlstand ist enorm, und sie investieren wiederum Rekordsummen in Forschung & Entwicklung sowie in Investitionsausgaben (TSMC gab 2022 rund 36 Mrd. US-Dollar für Investitionen aus reuters.com, was den Kosten für den Bau mehrerer Flugzeugträger entspricht). Dies schafft einen positiven Kreislauf aus Innovation und wirtschaftlicher Aktivität, solange die Nachfrage anhält.
- Auswirkungen auf Verbraucher und Preise: Chips sind ein großer Kostenfaktor in vielen Produkten. Da Chips leistungsfähiger werden (laut Moore’s Law), sinken oft die Kosten pro Funktion, was günstigere Elektronik oder mehr Funktionen zum gleichen Preis ermöglicht – ein Vorteil für Verbraucher und Produktivität. Allerdings könnten der jüngste Engpass in der Versorgung und die zusätzlichen Kosten für „sichere“ Lieferketten (z. B. der Bau von Fabriken in teureren Regionen) inflationsfördernd wirken. So stiegen beispielsweise die Autopreise 2021-2022 deutlich an, unter anderem weil die Autohersteller nicht genug Mikrocontroller bekamen, was zu niedrigen Lagerbeständen führte. Ein Bericht von Goldman Sachs aus dem Jahr 2021 ergab, dass Chips in eine Vielzahl von Konsumgütern einfließen, sodass ein anhaltender Chipmangel die Inflation um einen spürbaren Bruchteil eines Prozents beeinflussen kann. Umgekehrt kann eine Normalisierung der Chipversorgung einen deflationären Effekt auf Elektronikpreise haben. Langfristig ist der stetige Fortschritt bei Halbleitern eine deflationäre Kraft (Elektronik wird entweder billiger oder jedes Jahr bei gleichem Preis deutlich leistungsfähiger).
- Staatliche Subventionen und ROI: Mit inzwischen zugesagten öffentlichen Mitteln in Höhe von mehreren Dutzend Milliarden für Chip-Initiativen beobachten Steuerzahler und Ökonomen die Renditen. Befürworter argumentieren, dass sich diese Subventionen durch die Schaffung hochwertiger Arbeitsplätze und die Sicherung essenzieller Industrien auszahlen werden. Es gibt auch den Multiplikatoreffekt – z. B. erfordert der Bau einer Fabrik viel Bauarbeit und anschließend hochqualifizierte Arbeitsplätze, und jeder Arbeitsplatz in einer Chipfabrik soll Berichten zufolge etwa 4–5 weitere Arbeitsplätze in der Wirtschaft unterstützen (z. B. in Wartung, Dienstleistungen usw.). Kritiker warnen jedoch vor Überangebot oder der Ineffizienz, wenn der Staat Gewinner auswählt. Die Finanzierung durch den CHIPS Act ist beispielsweise an Bedingungen geknüpft (Gewinnbeteiligung bei übermäßigen Gewinnen, Anforderungen an Kinderbetreuung für Fabrikmitarbeiter usw.), um möglichst breite Vorteile zu gewährleisten. Der Erfolg oder Misserfolg dieser Maßnahmen wird wirtschaftliche Welleneffekte haben: Wenn sie erfolgreich sind, könnten Regionen wie der amerikanische Mittlere Westen oder Sachsen in Deutschland zu neuen Silicon Valleys werden und die lokale Wirtschaft ankurbeln. Wenn nicht, besteht das Risiko teurer Fehlinvestitionen.
Zusammenfassend haben Halbleiter einen enormen wirtschaftlichen Einfluss sowohl direkt als auch indirekt. Sie treiben das Wachstum in komplementären Branchen voran und stehen im Zentrum von Produktivitätssteigerungen (schnellere Computer = mehr wissenschaftliche Simulationen, bessere KI = mehr Automatisierung). Die zyklische Natur des Sektors (Boom-Bust-Zyklen durch Nachfrageschwankungen) kann auch breitere Wirtschaftszyklen beeinflussen. Ein Abschwung im Chipzyklus (wie 2019 oder 2023 bei Speicherchips) kann beispielsweise den Export und das BIP von industriestarken Volkswirtschaften belasten, während ein Aufschwung (wie der aktuelle KI-Boom) sie beflügeln kann.
Mit Blick auf 2025 ist der Ausblick optimistisch: Der Branchenbericht von Deloitte stellte fest, dass 2024 sehr robust mit ~19 % Wachstum war und 2025 ein weiteres Wachstum von ~11 % bringen könnte, was die Branche auf Kurs für das Billionen-Dollar-Ziel bringt deloitte.com. Das Wachstum wird durch die Nachfrage nach neuen Technologien (KI, 5G, Elektrofahrzeuge) angetrieben, die etwaige Rückgänge bei Smartphones oder PCs ausgleichen. Die Herausforderung wird sein, die Kosten der Lokalisierung und geopolitische Einschränkungen zu meistern, ohne die Innovation und Skaleneffekte zu behindern, die Halbleiter überhaupt erst zu einer solchen wirtschaftlichen Erfolgsgeschichte gemacht haben.
Umwelt- und Nachhaltigkeitsbedenken
So beeindruckend die Halbleitertechnologie auch ist, ihre Herstellung ist mit erheblichen Umweltkosten verbunden. Die Branche setzt sich zunehmend mit ihren Nachhaltigkeitsherausforderungen auseinander – darunter enormer Wasser- und Energieverbrauch, Treibhausgasemissionen und chemische Abfälle. Paradoxerweise ermöglichen Chips zwar grünere Technologien (wie effiziente Elektronik und saubere Energielösungen), aber ihre Herstellung kann ressourcenintensiv und umweltbelastend sein, wenn sie nicht sorgfältig gemanagt wird. Hier sind die wichtigsten Umweltaspekte:
- Wasserverbrauch: „Halbleiter können ohne Wasser nicht existieren – und zwar sehr viel davon“, bemerkt Kirsten James von Ceres weforum.org. Fabs benötigen enorme Mengen an ultrareinem Wasser (UPW), um Wafer nach jedem chemischen Prozess zu spülen. Dieses Wasser muss extrem rein sein (tausendfach reiner als Trinkwasser), um jegliche Mineral- oder Partikelverunreinigung zu vermeiden weforum.org. Um 1.000 Gallonen UPW herzustellen, werden etwa 1.400–1.600 Gallonen kommunales Wasser benötigt (der Rest wird zu Abwasser) weforum.org. Eine einzige große Chip-Fab kann 10 Millionen Gallonen Wasser pro Tag verbrauchen, was dem Wasserverbrauch von ca. 30.000–40.000 Haushalten entspricht weforum.org. Weltweit wird geschätzt, dass alle Halbleiterfabriken zusammen so viel Wasser verbrauchen wie eine Millionenstadt; ein Bericht stellte fest, dass Chipfabriken weltweit jährlich so viel Wasser verbrauchen wie die Stadt Hongkong (7,5 Millionen Menschen) weforum.org. Diese hohe Nachfrage setzt die lokalen Wasserressourcen unter Druck, insbesondere in Regionen, die bereits von Dürre oder Wasserknappheit betroffen sind (z. B. waren TSMCs Fabs in Taiwan 2021 von einer schweren Dürre bedroht, was staatliche Wasserrationierung und sogar den Transport von Wasser zu den Fabs erforderlich machte). Wasserknappheit wird zu einer Schwachstelle für die Branche weforum.org. Darüber hinaus kann das Abwasser aus den Fabs gefährliche Chemikalien (wie Säuren, Metalle) enthalten. Ohne ordnungsgemäße Behandlung kann dieses Abwasser Flüsse und Grundwasser verschmutzen und Ökosysteme schädigen weforum.org. Tatsächlich haben Behörden in einigen Chipzentren in China und Südkorea Fabs wegen Umweltverstößen aufgrund von Wasserverschmutzung gerügt weforum.org. Die Branche reagiert, indem sie in Wasserrecycling investiert: Viele Fabs recyceln inzwischen einen Teil ihres Wassers. Zum Beispiel gibt TSMCs neue Fabrik in Arizona an, etwa 65 % ihres Wasserverbrauchs vor Ort zurückzugewinnen weforum.org, und Intel arbeitete mit den lokalen Behörden in Oregon und Arizona zusammen, um Wasseraufbereitungsanlagen zu bauen, die Grundwasserleiter wieder auffüllen weforum.org. Einige Fabriken in Singapur und Israel recyceln sogar noch höhere Prozentsätze. Dennoch wird der Gesamtwasserverbrauch mit wachsender Chipnachfrage weiter steigen, was dieses Thema zu einer entscheidenden Nachhaltigkeitsfrage macht.
- Energieverbrauch und Emissionen: Die Chip-Herstellung ist energieintensiv. Der Betrieb der Reinräume, Pumpen und thermischen Prozesse einer Fabrik rund um die Uhr verbraucht enorme Mengen an Strom. Eine einzige moderne Fabrik kann kontinuierlich etwa 100 Megawatt Strom verbrauchen – das entspricht dem Stromverbrauch einer kleinen Stadt (Zehntausende Haushalte). Tatsächlich „verbraucht eine große Standard-Chipfabrik über 100.000 Megawatt Energie … jeden einzelnen Tag“, und der Sektor insgesamt verursachte etwa 190 Millionen Tonnen CO₂-Äquivalent im Jahr 2024blog.veolianorthamerica.com. (Diese Emissionszahl – 190 Millionen Tonnen – entspricht ungefähr den jährlichen Emissionen von Ländern wie Vietnam oder Australien.) Ein Teil dieses CO₂-Fußabdrucks stammt aus indirektem Stromverbrauch (wenn das lokale Netz fossil betrieben wird), ein anderer Teil aus direkten Prozessemissionen. Fabriken verwenden perfluorierte Verbindungen (PFCs) zum Ätzen und Reinigen; diese Gase, wie CF₄ oder C₂F₆, haben ein globales Erwärmungspotenzial, das tausendfach höher ist als das von CO₂ und können Jahrtausende in der Atmosphäre verbleiben. Obwohl die Branche daran arbeitet, PFC-Leckagen zu reduzieren (im Rahmen freiwilliger Vereinbarungen unter dem Kyoto-Protokoll), tragen sie immer noch erheblich zu den Emissionen bei. Laut einer Studie von TechInsights könnten die Emissionen der Branche deutlich steigen, wenn sich die Chipproduktion bis 2030 verdoppelt (um den $1T-Markt zu bedienen), ohne Gegenmaßnahmen pwc.com. Um den Energieverbrauch anzugehen, investieren Chiphersteller zunehmend in erneuerbare Energien, um ihre Fabriken zu betreiben. TSMC ist beispielsweise einer der weltweit größten Unternehmenskäufer von erneuerbarem Strom und strebt bis 2030 einen Anteil von 40 % und bis 2050 100 % an. Auch Intel betreibt an einigen Standorten Fabriken mit 100 % erneuerbarem Strom. Die Verbesserung der Energieeffizienz in den Fabriken (z. B. durch Wärmerückgewinnung, effizientere Kühlsysteme) ist ein weiterer Schwerpunkt. Wichtig ist jedoch, dass fortschrittlichere Chips oft mehr Energie pro Wafer in der Herstellung benötigen (z. B. ist EUV-Lithografie weniger energieeffizient als ältere Lithografie), sodass es einen Zielkonflikt zwischen technologischem Fortschritt und Energieverbrauch pro Chip gibt. Einige Analysten befürchten, dass bei einer Verlangsamung von Moore’s Law der Energieverbrauch pro Transistor tatsächlich steigen könnte.
- Chemische und gefährliche Abfälle: Der Halbleiterprozess verwendet giftige und gefährliche Substanzen – Gase wie Silan oder Arsine, ätzende Flüssigkeiten (Säuren, Lösungsmittel) und Schwermetalle. Das sichere Management von Abfallströmen ist entscheidend. Fabs erzeugen chemische Abfälle, die sorgfältig behandelt oder entsorgt werden müssen. Zum Beispiel können gebrauchte Lösungsmittel und Ätzmittel destilliert und recycelt, Säuren neutralisiert und Schlämme zur Wiederverwendung gefiltert werden. Unternehmen wie Veolia bieten spezielle Dienstleistungen an, um Fabs beim Recycling von Abfällen zu unterstützen – verbrauchte Chemikalien werden in nützliche Produkte umgewandelt oder Abfälle sicher verbrannt und Energie zurückgewonnen blog.veolianorthamerica.com. Trotz bester Praktiken können und sind Unfälle (Chemikalienlecks, unsachgemäße Entsorgung) vorgekommen, die der lokalen Umwelt schaden könnten. Ein weiterer Aspekt ist der Verpackungsabfall – die Herstellung erfordert viele Einweg-Kunststoffbehälter, Handschuhe, Kittel usw. in Reinräumen. Viele Unternehmen versuchen nun, auch diesen festen Abfall zu reduzieren und zu recyceln blog.veolianorthamerica.com. Es gibt auch E-Schrott stromabwärts, aber das betrifft eher die Entsorgung fertiger Elektronikprodukte als die Chipfertigung selbst.
- Klimawandel-Resilienz: Ironischerweise stellt der Klimawandel eine direkte Bedrohung für die Chipproduktion dar, obwohl Chips benötigt werden, um den Klimawandel zu bekämpfen. Fabs befinden sich zunehmend an Orten, die von extremen Wetterereignissen betroffen sind: Taifune in Ostasien, Hitzewellen und Dürren (z. B. im Westen der USA, Taiwan) usw. Ein CNBC-Bericht aus dem Jahr 2024 hob hervor, wie ein einzelner Sturm oder eine Überschwemmung, die eine wichtige „Chip-Stadt“ trifft, die Versorgung durcheinanderbringen könnte – zum Beispiel könnte ein hypothetischer Taifun Helene, der die taiwanesische Stadt Hsinchu (wo sich der Hauptsitz von TSMC befindet) trifft, katastrophal sein deloitte.com. Unternehmen bewerten nun Klimarisiken für ihre Anlagen. Wasserknappheit steht im Vordergrund – eine Umfrage unter Chip-Führungskräften aus dem Jahr 2023 ergab, dass 73 % sich wegen natürlicher Ressourcenrisiken (Wasser) für ihren Betrieb sorgten weforum.org. Viele integrieren Klimawandel-Resilienz, etwa durch den Bau von Wasserspeichern vor Ort, Notstromversorgung und die Diversifizierung der Standorte. PricewaterhouseCoopers warnte, dass ohne Anpassung bis zu 32 % der weltweiten Halbleiterversorgung bis 2030 durch klimabedingte Wasserknappheit und andere Klimaauswirkungen gefährdet sind pwc.com.
- Positive Initiativen: Auf der positiven Seite hat die Branche ihre Nachhaltigkeitsverpflichtungen verstärkt. Bis 2025 haben fast alle großen Halbleiterunternehmen irgendeine Form von Ziel zur CO₂-Reduktion oder Klimaneutralität. TSMC strebt an, die Emissionen bis 2030 um 20 % zu senken (ausgehend vom Stand 2020) und bis 2050 Netto-Null zu erreichen. Intel hat sich das Ziel gesetzt, bis 2040 Netto-Null-Betriebsemissionen zu erreichen und investiert in umweltfreundliche Fabriken (bereits 2022 wurden 82 % Wasserwiederverwendung und 100 % Grünstrom an US-Standorten erreicht). Samsung hat vergleichbare Umweltziele angekündigt – z. B. die Nutzung erneuerbarer Energien für Auslandsstandorte und die Verbesserung der Energieeffizienz seiner Prozesse. Ein weiterer positiver Aspekt ist, dass die Produkte der Branche helfen, Emissionen an anderer Stelle zu senken – zum Beispiel senken energieeffiziente Chips den Stromverbrauch in Rechenzentren und Elektronik; Chips in erneuerbaren Energiesystemen verbessern die Netzeffizienz. Eine Studie der SIA (Semiconductor Industry Association) deutete darauf hin, dass für jede Tonne CO₂, die der Chipsektor ausstößt, die durch Chips ermöglichte Technologie mehrere Tonnen in anderen Sektoren einspart (durch Energieeinsparungen). Ob das den eigenen Fußabdruck ausgleicht, ist umstritten, aber klar ist: Halbleiter sind ein Schlüssel zu Klimaschutzlösungen (Smart Grids, E-Autos usw.).
Um die Fortschritte zu verdeutlichen: Die Halbleitersparte von Sony in Japan gab an, dass eines ihrer Werke etwa 80 % seines Abwassers wiederverwendet und neue Recyclinganlagen baut, um das weiter zu verbessern weforum.org. Viele Unternehmen haben sich den Responsible Business Alliance-Initiativen für nachhaltige Lieferketten angeschlossen, um sicherzustellen, dass die verwendeten Mineralien (z. B. Kobalt, Tantal) konfliktfrei und verantwortungsvoll abgebaut werden. Und es bilden sich Konsortien, um allgegenwärtige Probleme gemeinsam anzugehen – z. B. betreibt IMEC in Belgien Programme für nachhaltige Halbleiterfertigung, erforscht Alternativen zu PFC-Gasen und Wege zur Senkung des Energieverbrauchs pro Wafer.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Umweltauswirkungen der Halbleiterfertigung erheblich sind und gemanagt werden müssen. Die gute Nachricht ist, dass Branchenführer dies anerkennen. Wie es in einem Deloitte-Bericht heißt: Die Herstellung von Chips im Wert von einer Billion Dollar im Jahr 2030 wird Auswirkungen auf die Umwelt haben – die Frage ist, wie man sie mindertwww2.deloitte.com. Der Weg nach vorn umfasst mehr Transparenz (Unternehmen legen Wasser- und CO₂-Daten offen), das Setzen von wissenschaftsbasierten Zielen für Emissionen, Investitionen in Kreislaufwirtschaftspraktiken (wie Chemikalienwiederverwendung, Null-Abfall-Ziele blog.veolianorthamerica.com) und Partnerschaften mit Regierungen (für Infrastruktur wie erneuerbare Energien und Wasseraufbereitung). Auch Verbraucher und Investoren fordern umweltfreundlichere Praktiken – große Chipkäufer wie Apple etwa verlangen, dass ihre Lieferkette (einschließlich Chiplieferanten wie TSMC) zu 100 % erneuerbare Energien nutzt. Dieser externe Druck hilft, Veränderungen voranzutreiben.
Während die Chipindustrie also noch einige Arbeit vor sich hat, um ihren ökologischen Fußabdruck zu verringern, unternimmt sie bereits bedeutende Schritte. Schließlich geht das Einsparen von Wasser und Energie oft mit langfristigen Kosteneinsparungen einher. Und in einer Welt, in der Nachhaltigkeit immer wichtiger wird, könnte das Hervorstechen im „grünen Chip-Herstellen“ zu einem weiteren Wettbewerbsvorteil werden. Möglicherweise werden Technologien wie neue Trockenätzverfahren (mit weniger Chemikalien) oder Ersatzstoffe für PFC-Gase als Standardpraxis etabliert, angetrieben durch umweltbewusste Forschung und Entwicklung. Die Hoffnung ist, dass die nächste Phase des Halbleiterwachstums auf eine Weise erreicht werden kann, die mit der Umwelt arbeitet, nicht gegen sie blog.veolianorthamerica.com – und so sicherstellt, dass die chipgetriebene digitale Revolution nachhaltig für den Planeten ist.
Herausforderungen bei Arbeitskräften und Talenten
Die Halbleiterproduktion dreht sich nicht nur um Reinräume und Maschinen – sie basiert grundlegend auf Menschen mit hochspezialisierten Fähigkeiten. Und hier steht die Branche vor einer entscheidenden Herausforderung: einem wachsenden Mangel an Talenten und einer Qualifikationslücke. Während Länder in neue Fabriken und Forschung investieren, stellt sich die Frage: Wer wird diese Einrichtungen besetzen und Innovationen vorantreiben, besonders in einer Zeit, in der die bestehende Belegschaft altert und jüngere Talente sich eher Software oder anderen Bereichen zuwenden?
Zentrale Themen und Entwicklungen im Zusammenhang mit der Halbleiter-Belegschaft:
- Alternde Belegschaft & Ruhestandswelle: In vielen Regionen ist die derzeitige Halbleiter-Ingenieursbelegschaft auf ältere, erfahrene Fachkräfte ausgerichtet – und eine große Gruppe steht kurz vor dem Ruhestand. In den Vereinigten Staaten zum Beispiel „sind 55 % der Halbleiterbelegschaft über 45 Jahre alt, während weniger als 25 % unter 35 sind“, Stand Mitte 2024 deloitte.com. In Europa sieht es ähnlich aus: „20 % der europäischen Halbleiterbeschäftigten sind über 55, und etwa 30 % der deutschen Halbleiterbelegschaft werden voraussichtlich im nächsten Jahrzehnt in den Ruhestand gehen“, laut einer Analyse der EE Times deloitte.com. Dies ist ein drohender „Brain Drain“, da erfahrene Experten ausscheiden. Die Branche läuft Gefahr, jahrzehntelanges institutionelles Wissen schneller zu verlieren, als es ersetzt werden kann – ein Umstand, der in Deloittes Talentstudie hervorgehoben wurde, die vor „inkonsistenter Wissensweitergabe und zu wenigen Neueinsteigern, um das Know-how aufzunehmen“deloitte.com warnte.
- Unzureichender Nachwuchspool: Historisch gesehen haben Karrieren in der Chipentwicklung (sei es Elektrotechnik, Materialwissenschaften oder Anlagenwartung) nicht so viele junge Talente angezogen wie beispielsweise Softwareentwicklung oder Data Science. Die Arbeit gilt oft als spezialisierter, erfordert höhere Abschlüsse, und das Ansehen der Branche unter Absolventen ist seit den Boomzeiten des PCs gesunken. Eine gemeinsame SEMI-Deloitte-Studie aus dem Jahr 2017 hob bereits eine „drohende Talentlücke“ hervor und stellte fest, dass die Halbleiterindustrie Schwierigkeiten mit Markenbildung und Wertversprechen für neue Absolventendeloitte.com hat. In den Jahren 2023-2024 entscheiden sich trotz des Hightech-Charakters des Bereichs weniger Studierende für halbleiterbezogene Studiengänge, und Unternehmen berichten von Schwierigkeiten, Stellen vom Einstiegsniveau bis hin zu promovierten Forschern zu besetzen. Das Ergebnis: viele offene Stellen, wenige qualifizierte Bewerber. Besonders ausgeprägt ist dies in Regionen, die die Chipfertigung von einer niedrigen Basis aus ausbauen wollen (z. B. die USA, die für ihre neuen Fabs deutlich mehr Techniker ausbilden müssen, oder Indiens noch junge Bemühungen).
- Regionale Diskrepanzen und TSMCs Lektion aus Arizona: Ein prominentes Beispiel für Talentprobleme war TSMCs Verzögerung in Arizona. TSMC baut eine 40-Milliarden-Dollar-Fab in Arizona – eines der Kernprojekte im Bestreben der USA, fortschrittliche Chipfertigung ins eigene Land zu holen. Doch Mitte 2023 kündigte TSMC an, dass die Eröffnung der Fabrik von 2024 auf 2025 verschoben wird, und verwies auf „eine unzureichende Anzahl qualifizierter Arbeitskräfte“ in der lokalen Belegschaft manufacturingdive.com. Das Unternehmen hatte Schwierigkeiten, genügend US-Arbeiter mit dem Spezialwissen für Bau und Installation fortschrittlicher Fab-Ausrüstung zu finden, und stieß auf „Widerstand der Gewerkschaften gegen die Entsendung von Arbeitskräften aus Taiwan“, um zu helfenreuters.com. TSMC musste Hunderte erfahrene Techniker aus Taiwan nach Arizona entsenden, um die Einheimischen zu schulen und die Installation des Reinraums abzuschließen. Der Vorstandsvorsitzende des Unternehmens, Mark Liu, merkte an, dass jedes neue Projekt eine Lernkurve habe, deutete aber an, dass der Arbeitskräftemangel in den USA ein ernstes Hindernis sei reuters.com. Dieses Szenario verdeutlicht, dass Expertise in bestehenden Zentren konzentriert ist (wie Taiwan für die modernste Fertigung) und sich nicht einfach verlagern lässt. Nun intensivieren alle US-Fab-Projekte (Intels neue Fabs, Samsungs Fab-Erweiterung in Texas usw.) die Rekrutierung und Ausbildung, arbeiten mit Community Colleges und Ingenieurschulen zusammen, um Talente zu entwickeln. Doch es kann Jahre an Berufserfahrung erfordern, um einen frischen Absolventen zu einem erfahrenen Halbleiter-Prozessingenieur auszubilden. Daher könnte der Aufbau von heimischen Talenten dem Bau neuer Fabriken hinterherhinken.
- Chinas Talent-Offensive: Unterdessen wirbt China weltweit aggressiv Chip-Fachkräfte ab, um seine technologischen Einschränkungen zu überwinden. Wie bereits erwähnt, hat China angesichts der Beschränkungen westlicher Länder beim Technologietransfer begonnen, gezielt Einzelpersonen zu rekrutieren. Eine Reuters-Untersuchung aus dem Jahr 2023 ergab, dass China still und leise Hunderte von Ingenieuren von TSMC in Taiwan und anderen Unternehmen eingestellt hat und dabei Vergütungspakete anbietet, die manchmal das Doppelte ihres Gehalts plus Zusatzleistungen wie Wohnraum umfassen deloitte.com. Die Idee ist, Know-how in chinesische Fertigungsstätten und Designhäuser zu importieren (was in gewisser Weise dem Vorgehen Taiwans ähnelt, das in den 1980er Jahren Ingenieure, die in den USA ausgebildet wurden, zurückholte, um die eigene Industrie aufzubauen). Dies hat jedoch zu Spannungen geführt – Taiwan hat sogar Ermittlungen eingeleitet und Gesetze verschärft, um den Abfluss von geistigem Eigentum durch Abwerbung von Fachkräften zu verhindern. Auch die USA verbieten es nun ihren Staatsbürgern (und Inhabern einer Green Card), ohne Genehmigung für bestimmte chinesische Chipfirmen zu arbeiten deloitte.com, nachdem festgestellt wurde, dass viele ehemalige Mitarbeiter amerikanischer Unternehmen lukrative Jobs in China angenommen hatten. Dennoch bedeutet der „Talentkrieg“, dass erfahrene Ingenieure weltweit sehr gefragt sind und die Gehälter steigen. Das ist zwar großartig für Ingenieure, kann aber für Unternehmen und Regionen problematisch sein, die mit den Gehältern wohlhabenderer Anbieter (sei es ein staatlich subventioniertes chinesisches Start-up oder eine durch den US-CHIPS-Act finanzierte Fabrik) nicht mithalten können.
- Ausbildungs- und Bildungsinitiativen: Angesichts des Engpasses bei Fachkräften wurden zahlreiche Initiativen ins Leben gerufen. Im Rahmen des CHIPS Act hat die US-Regierung Mittel nicht nur für Fabriken, sondern auch für die Entwicklung von Arbeitskräften bereitgestellt – in Zusammenarbeit mit Universitäten und Community Colleges werden neue Ausbildungsprogramme für Halbleiter geschaffen bipartisanpolicy.org. So hat beispielsweise die Purdue University ein „Semiconductor Degrees Program“ gestartet, das jährlich Hunderte von Chip-Ingenieuren ausbilden soll, und die Arizona State University baut ihre Programme zur Unterstützung der Präsenz von TSMC aus. Auch das europäische Chips-Gesetz umfasst Stipendien und länderübergreifende Ausbildungsnetzwerke, um mehr Mikroelektronik-Experten zu fördern. Unternehmen verstärken ebenfalls ihre interne Ausbildung; Intel betreibt beispielsweise seit Langem eine interne „Fabrik-Hochschule“ und baut Praktika und Kooperationsprogramme aus. Eine Herausforderung besteht jedoch darin, dass viel implizites Wissen in der Chipfertigung nicht in Lehrbüchern vermittelt wird – es wird durch praktische Arbeit in den Fabriken erlernt. Daher erfordert der Ausbau von Fachkräften eine Kombination aus formaler Ausbildung und praktischer Lehre in bestehenden Einrichtungen. Regierungen könnten sogar die Einwanderungsregeln lockern, um ausländische Talente anzuziehen (die USA erwägen eine spezielle Visakategorie für Chip-Experten, und Japan umwirbt taiwanesische und koreanische Ingenieure für Rapidus).
- Arbeitskultur und Attraktivität: Ein weiteres Thema ist, den Karriereweg in der Halbleiterbranche attraktiv zu machen. Die Branche kann fordernd sein – Fabs laufen rund um die Uhr, Ingenieure arbeiten oft im Schichtbetrieb, und die erforderliche Präzision bedeutet ein arbeitsintensives Umfeld. Wie Reuters feststellte, stellte TSMC fest, dass amerikanische Arbeitskräfte weniger bereit waren, den „zermürbenden“ 24-Stunden-Schichtplan von Chipfabriken zu ertragen als Arbeitskräfte in Taiwan oder Japan reuters.com. In Japan gibt es eine kulturelle Norm, lange Arbeitszeiten zu leisten, was zu den Anforderungen von Chipfabriken passt, während in den USA die Erwartungen an die Work-Life-Balance mit den Bedürfnissen von Nachtschichten kollidieren könnten. Unternehmen müssen sich möglicherweise anpassen (z. B. mehr Automatisierung, um Nachtschichten zu reduzieren, oder Anreize für unbeliebte Arbeitszeiten). Außerdem könnte die Branche ihr Image verbessern, indem sie die spannende, wirkungsvolle Natur der Arbeit hervorhebt – man ermöglicht die Zukunft der Technologie – und indem sie Vielfalt und Inklusion fördert (traditionell war die Branche männlich dominiert und könnte unterrepräsentierte Gruppen stärker einbinden). Der historische Mangel an Glamour im Vergleich zur Softwarebranche schwindet etwas, da Halbleiter nun häufiger in den Nachrichten sind, aber kontinuierliche Öffentlichkeitsarbeit bleibt entscheidend.
- Fachkräftemangel in Zahlen: Zur Quantifizierung schätzte SEMI (der Branchenverband) Ende 2022, dass die Branche bis 2030 mit einem Mangel von etwa 300.000 qualifizierten Arbeitskräften weltweit konfrontiert sein könnte, wenn die aktuellen Trends anhalten. Dies umfasst alles von promovierten Forschern bis zu Technikern für Wartung von Anlagen. Die größten Engpässe gibt es bei Anlageningenieuren, Prozessingenieuren für die Fertigung und EDA-Softwarespezialisten. EDA-Unternehmen wie Synopsys berichten ebenfalls, dass sie mehr Experten für Algorithmen und KI benötigen, um die nächste Generation von Design-Tools voranzutreiben (die inzwischen KI beinhalten – Chips, die Chips entwerfen!). Ein weiteres Segment sind technische Berufe auf Facharbeiterebene – also Personen mit zweijähriger technischer Ausbildung, die Fab-Anlagen bedienen und warten. Länder wie die USA haben in den letzten Jahrzehnten zu wenig in die berufliche Ausbildung für solche Rollen investiert, daher ist der Wiederaufbau dieser Pipeline entscheidend.
- Internationale Zusammenarbeit vs. Beschränkungen: Interessanterweise sind die Talentbedarfe zwar global, aber einige politische Maßnahmen erschweren die Mobilität von Fachkräften. US-Exportregeln beschränken nicht nur Hardware, sondern auch menschliches Know-how (US-Personen benötigen Lizenzen, um mit bestimmten chinesischen Fabs zu arbeiten). Das kann den Pool an Experten, die bereit oder in der Lage sind, an bestimmten Orten zu arbeiten, einschränken und segmentiert den Arbeitsmarkt effektiv. Andererseits erwägen verbündete Länder Möglichkeiten, Talente zu teilen – z. B. vielleicht ein „Talent-Austausch“-Programm zwischen amerikanischen und taiwanesischen Fabs, um Ingenieure gegenseitig weiterzubilden, oder eine gegenseitige Anerkennung von Qualifikationen zwischen der EU und den USA, um Ingenieuren den projektbezogenen Wechsel zu erleichtern.
- Vergütung und Wettbewerb: Der Fachkräftemangel hat zu steigenden Gehältern in der Branche geführt, was zwar gut ist, um Menschen anzuziehen, aber auch die Kosten für Unternehmen erhöht. In den Jahren 2021-2022 haben einige Halbleiterunternehmen erhebliche Gehaltserhöhungen oder Boni gezahlt, um Mitarbeiter zu halten. TSMC hat Berichten zufolge 2022 Gehaltserhöhungen von über 20 % angeboten, um Abwerbeversuche abzuwehren. In Regionen wie Indien, in denen Chipdesigner traditionell niedriger bezahlt wurden, bieten multinationale Unternehmen nun deutlich höhere Gehaltspakete an, um Talente davon abzuhalten, zur Konkurrenz oder ins Ausland zu wechseln. All dies ist großartig für Fachkräfte, könnte aber die Gewinnmargen schmälern oder beeinflussen, wo Unternehmen expandieren (sie könnten Regionen mit guten Bildungssystemen, aber noch vertretbaren Arbeitskosten suchen – ein Grund, warum Intel und andere Orte wie Ohio oder das nördliche New York ins Auge fassen, statt extrem heißer Arbeitsmärkte).
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass das Halbleiter-Fachkräftethema eine entscheidende Einschränkung für die ehrgeizigen Expansionspläne der Branche darstellt. Es gibt eine gewisse Ironie: Wir können Milliarden in neue, glänzende Fabriken investieren, aber ohne qualifizierte Menschen, die sie betreiben, bleiben sie leere Hüllen. Wie der SIA-Präsident 2022 sagte, „Man kann kein Wiederaufleben der Fertigung haben, ohne ein Wiederaufleben der Arbeitskräfte“. In den nächsten Jahren wird es konzertierte Anstrengungen geben, die nächste Generation von Chip-Experten zu inspirieren und auszubilden. Das könnte bedeuten, Ingenieursstudiengänge zu aktualisieren, um mehr Inhalte zur Halbleiterfertigung einzubinden, attraktive Stipendien anzubieten und sogar schon auf Schulebene mit MINT-Initiativen zu beginnen, um Schüler für das „Bauen des nächsten 1-Milliarden-Transistor-Chips“ zu begeistern, statt nur die nächste App zu schreiben.
In der Zwischenzeit werden Unternehmen Übergangslösungen nutzen: Ingenieure aus verwandten Branchen umschulen, Rentner als Berater zurückholen und mehr Automatisierung und KI einsetzen, um den Personalbedarf in den Fabriken zu senken. Auch Regierungen könnten die Einwanderung anpassen – zum Beispiel könnte die USA Absolventen mit relevanten Ph.Ds von amerikanischen Universitäten eine Green Card direkt mitgeben, um sie im Land zu halten.
Der Einsatz ist hoch: Wird der Fachkräftemangel nicht behoben, könnte er zu einem Engpass werden, der das Innovationstempo und den Kapazitätsausbau verlangsamt und die Ziele der milliardenschweren Chip-Initiativen untergräbt. Umgekehrt könnte, wenn es gelingt, eine neue Welle von Talenten für die Mikroelektronik zu begeistern, dieses Humankapital ein neues goldenes Zeitalter des Halbleiterfortschritts tragen. Wie ein Experte treffend sagte: „Das wichtigste Kapital der Chipindustrie ist nicht Silizium, sondern Köpfchen.“ Und sicherzustellen, dass genügend dieser Köpfe an Halbleitern arbeiten, ist genauso wichtig wie jeder andere in diesem Bericht diskutierte Faktor.
Halbleiter werden oft als „DNA der Technologie“ bezeichnet, und diese Analyse macht deutlich, warum. Von der Physik ihrer Funktionsweise über den komplexen globalen Fertigungstanz bis hin zu den strategischen und menschlichen Herausforderungen, die ihre Zukunft prägen – Chips stehen im Zentrum von Wissenschaft, Wirtschaft und Geopolitik. Im Jahr 2025 wird der Welt bewusst, dass derjenige, der in der Halbleiterproduktion führt, auch in der modernen Wirtschaft führt. Deshalb sehen wir milliardenschwere Wetten, internationale Kämpfe um Talente und Materialien und gleichzeitig atemberaubende Innovationen.
Für die breite Öffentlichkeit mag all dies fern erscheinen – bis es das nicht mehr tut. Ein Chipmangel kann Autos teurer machen oder Geräte unzugänglich; eine politische Entscheidung kann bestimmen, ob das nächste Smartphone einen revolutionären Prozessor hat oder einen hinterherhinkenden. Die gute Nachricht ist, dass im Laufe von 2024 und bis 2025 Investitionen in die Stärkung und Neuerfindung der Lieferkette fließen, spannende neue Technologien am Horizont stehen und Branchenexperten zusammenarbeiten, um Engpässe von der Lithografie bis zur Ausbildung der Arbeitskräfte zu lösen. Die Geschichte der Halbleiterproduktion ist wahrlich eine von ständiger Neuerfindung – immer wenn es scheint, als würden wir an eine Grenze stoßen, finden Ingenieure einen neuen Weg (sei es 3D-Chips, EUV oder etwas, das noch kommen wird).
In den kommenden Jahren sollten Sie auf Folgendes achten: Werden die US- und EU-Fab-Projekte schnell Früchte tragen? Kann China trotz Sanktionen seine ehrgeizigen Ziele der Selbstversorgung erreichen? Werden Nachfolger von Moore’s Law wie Chiplets weiterhin Leistungssteigerungen bringen? Kann die Branche grüner werden und vielfältige Talente anziehen? Die Antworten werden nicht nur die Technologie, die wir nutzen, sondern auch die geopolitische und wirtschaftliche Landschaft des 21. Jahrhunderts prägen.
Eines ist sicher: Diese winzigen Chips sind von enormer Bedeutung geworden. Die „Chipkriege“ und das Siliziumrennen werden weitergehen, idealerweise jedoch durch Wettbewerb, der Innovation antreibt, und Zusammenarbeit, die Stabilität sichert. Am Ende profitieren alle Verbraucher und jedes Land, wenn das Halbleiter-Ökosystem lebendig, sicher und nachhaltig bleibt. Wie wir gesehen haben, erfordert das ein geschicktes Management von allem – von Atomen bis zu Handelspolitik. Die Welt schaut zu – und investiert – wie nie zuvor in diesen Sektor.
Für alle, die mehr erfahren oder auf dem Laufenden bleiben möchten, hier einige öffentliche Ressourcen und weiterführende Literatur zur Halbleiterproduktion und Branchentrends:
- Semiconductor Industry Association (SIA) – State of the Industry Reports: Umfassende Jahresberichte mit den neuesten Daten zu Verkäufen, Investitionen und politischen Entwicklungen deloitte.com.
- Deloittes Semiconductor Outlook 2025: Analyse von Markttrends, einschließlich der Auswirkungen der KI-Nachfrage, Fachkräftemangel und Geopolitik deloitte.comdeloitte.com.
- „Chip War“ von Chris Miller: Ein sehr empfehlenswertes Buch, das den historischen Kontext der US-chinesischen Rivalität um Halbleiter und die Entwicklung bis heute beleuchtet.
- EE Times und Semiconductor Engineering: Fachpublikationen, die täglich über technologische Durchbrüche, Lieferkettenprobleme und Unternehmensstrategien berichten – ideal, um bei Entwicklungen zu 3nm/2nm-Prozessen, neuen Chip-Architekturen usw. auf dem Laufenden zu bleiben.
- Berichte des Weltwirtschaftsforums & von Ceres zur Nachhaltigkeit in der Halbleiterindustrie: Diese behandeln die Umweltauswirkungen und was unternommen wird, um Wasser- und Energieprobleme in der Chipfertigung anzugehen weforum.org, blog.veolianorthamerica.com.
- Unternehmenswebsites und -blogs (TSMC, Intel, ASML): Viele Branchenführer veröffentlichen Bildungsressourcen oder Updates (z. B. Intels 2030 RISE-Ziele für Nachhaltigkeit, ASMLs technische Briefings zu EUV).
Wenn man diesen Quellen folgt, kann man in Echtzeit verfolgen, wie sich das Drama der Halbleiterproduktion entfaltet – ein Drama, das bahnbrechende Innovation mit globaler Hochrisikostrategie verbindet. Es ist keine Übertreibung zu sagen, dass die Zukunft chip-gesteuert sein wird, und daher ist das Verständnis dieses Bereichs für alle, die neugierig sind, wohin die Welt steuert, immer wichtiger.
Halbleiter sind vielleicht winzig, aber sie tragen das Gewicht der modernen Welt – und nun haben wir den Vorhang gelüftet, wie sie hergestellt werden, wer sie herstellt und warum sie zum Brennpunkt von Begeisterung und Spannung auf der Weltbühne geworden sind. steveblank.com
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2025 Ausblick für die Halbleiterindustrie | Deloitte Insights
Den Weg in eine nachhaltige Zukunft für die Halbleiterindustrie gestalten
Steve Blank Das Halbleiter-Ökosystem – Erklärt
Was ist ein Halbleiter und wofür wird er verwendet? | Definition von TechTarget
CHIPS verstehen, Teil Eins: Die Herausforderung der Halbleiterfertigung | Bipartisan Policy Center
Top-Halbleiterherstellungsländer 2020-2030: Produktions- und Exportstatistiken | PatentPC
Das 43-Milliarden-Euro- EU Chips Act erhält grünes Licht. – TechHQ
Chips Act: Rat erteilt endgültige Zustimmung – Consilium.europa.eu
Herausforderungen in Chancen verwandeln in einer globalen Halbleiter…
TSMC schätzt Japans Chip-Kompetenzen nach US-Pannen, sagen Quellen | Reuters
Verständnis von CHIPS, Teil Eins: Die Herausforderung der Halbleiterfertigung | Bipartisan Policy Center
Der Chiplet-Wandel: Entwicklung von Schnittstellenstandards und kommerzielle …
CHIPS F&E-Programme – Halbleiterindustrie-Verband
Das Ende von Moores Gesetz wird das Tempo des Wandels nicht verlangsamen
Die Globalisierung ist vorbei, sagt der TSMC-Gründer • The Register
ASML-CEO sagt, US-Wunsch, Exporte nach China zu beschränken, sei ‚wirtschaftlich motiviert‘ | Reuters
2025 Branchenbericht: Investitionen und Innovationen inmitten …
CHIPS verstehen, Teil Eins: Die Herausforderung der Halbleiterfertigung | Bipartisan Policy Center
Ein Drittel (32 %) der prognostizierten 1 Billion US-Dollar Halbleiter-Lieferkette …
Halbleiterfertigung und die Wasserherausforderung der Big Tech | Weltwirtschaftsforum
Einen nachhaltigen Weg für die Halbleiterindustrie schaffen
Halbleiterfertigung und die Wasserherausforderung der Big Tech | Weltwirtschaftsforum
TSMC erzielt Einigung mit Gewerkschaft in Arizona über 40-Milliarden-Dollar-Chipfabrik-Projekt
