In der Vergangenheit wurde der Begriff Technologie verwendet, um die neuesten Handymodelle oder die darauf laufenden Anwendungen zu beschreiben, dem Aufbau des Siliziums schenkte man keine große Aufmerksamkeit. Diese Situation änderte sich mit der COVID-19-Pandemie. Als die Produktion in den größten Autofabriken der Welt gestoppt wurde, erkannte die Welt, dass die Lieferkette für etwas so Kleines wie integrierte Schaltkreise extrem komplex ist. Ein typischer Chip könnte auf der Architektur des japanischen Unternehmens ARM, das seinen Sitz in Großbritannien hat, von einem Team von Ingenieuren in Israel unter Verwendung von Software aus den USA entwickelt werden. Wenn das Projekt fertig ist, wird es an eine Fabrik in Taiwan geschickt, die hochreines Silizium in Japan kauft. Die Produktion des Schaltkreises wird durch die präzisesten Maschinen der Welt ermöglicht, die von nur fünf Unternehmen gebaut werden – einem niederländischen, einem japanischen und zwei amerikanischen. Die fertigen Chips werden in Südostasien, vor allem in Malaysia, verpackt und getestet, von wo aus sie nach China gelangen, wo sie auf elektronische Platinen gesetzt werden. Der Prozess ist zugegebenermaßen recht komplex, und Probleme in jeder Phase könnten dazu führen, dass die Elektronik für die Endkunden nicht verfügbar ist. Die Halbleiterindustrie ist ein sehr umfangreiches Thema. Vor einiger Zeit habe ich einen Artikel‘Der Kalte Krieg der Halbleiter‘ verfasst, der einen breiteren Blick auf diesen Bereich der Wirtschaft wirft, ich empfehle Ihnen, ihn zu lesen.
“Der technologische Unterschied zwischen Chinas SMIC und Taiwans TSMC beträgt nur drei Jahre Fortschritt.”
So wird die Situation auf dem Halbleitermarkt von Quellen beschrieben, die dem Land des Zentrums nahe stehen oder, im besseren Sinne des Wortes, mit ihm verbunden sind. In Wirklichkeit können solche Einschätzungen jedoch ziemlich irreführend sein. In den letzten Jahren ist es immer schwieriger geworden, Chinas Halbleiterindustrie zu verstehen. In erster Linie durch die Tatsache, dass die Branche von der CCP als besonders sensibel eingestuft wurde, mit dem Hinweis, dass alle Informationen, die zuvor im öffentlichen Raum erschienen sind, nun unerwünscht sind. Das ist nicht besonders überraschend; außerdem haben wir diese Art von Prozess schon einmal gesehen. Etwa 2015 verhängten die USA Handelsbeschränkungen für Zwischenprodukte und Technologien im Zusammenhang mit dem Markt für Hochleistungsrechner und begründeten dies damit, dass diese im chinesischen Militärsektor verwendet werden. Die derzeitige Situation in der Welt kann als ziemlich ähnlich beschrieben werden, nur dass der Computermarkt durch integrierte Schaltkreise ersetzt wurde. Der US-amerikanisch-chinesische Druck und die Handelsbeschränkungen haben dazu geführt, dass das Land der Mitte, das weiterhin moderne Technologie nutzen möchte, diese selbst produzieren muss, was keine leichte Aufgabe ist. China hat ein Problem mit modernen Chips, und auf diese Probleme werden wir in diesem Material näher eingehen.
Die Geschichte der chinesischen Halbleiter
Die Geschichte der Entwicklung des Transistors bzw. der Halbleiterindustrie in den Vereinigten Staaten ist hinlänglich bekannt. Selbst Menschen, die nicht täglich mit Technologie zu tun haben, werden assoziieren, dass es jemanden wie William Shockley gab, der zum Transistor-Entwicklungsteam der Bell Labs gehörte. Diese Organisation sowie Profile amerikanischer Wissenschaftler tauchen häufig in kulturellen Texten auf. Ich selbst habe vor nicht allzu langer Zeit einen Artikelmit dem Titel “Bell Labs – die Organisation, die die ‘Zukunft’ erfunden hat”verfasst,aber trotzdem ist das Wissen über chinesische Halbleiter im allgemeinen Bewusstsein fast gleich Null.
Im Jahr 1953 verkündet die Kommunistische Partei Chinas ihren ersten Fünfjahresplan. Er umfasste 153 Industrieprojekte in Zusammenarbeit mit der Sowjetunion, zu denen auch die Fabrik 774 gehörte. Dieses Werk firmierte auch unter dem Namen Beijing Electron Tube Factory und produzierte, wie Sie leicht erraten können, Elektronenröhren. Darüber hinaus war es aber auch Aufgabe des Unternehmens, Forschungs- und Entwicklungsarbeit auf dem Gebiet der Halbleiter zu leisten.
Diese führten dazu, dass in den 1950er Jahren die ersten Germaniumelemente geschaffen wurden. Nicht lange danach, im folgenden Jahrzehnt, gelang es den Chinesen auch, Siliziumtransistoren zu entwickeln. Die Produktion des einen wie des anderen war eher semiprofessionell, vor allem im Vergleich zu den aufstrebenden Unternehmen aus Übersee. Alle Arbeiten wurden von Hand und mit primitiven Werkzeugen ausgeführt, aber dennoch funktionierten die entstandenen Stücke und erfüllten ihren Zweck. Ihnen ist es zu verdanken, dass die Produktion der ersten Transistorradios Chinas, die ab 1963 in die Nachbarländer exportiert wurden, aufgenommen wurde. Interessanterweise existiert die Fabrik 774 heute noch, ist aber jetzt in privater Hand und firmiert unter dem Namen Orient Electronics Technology Grupe und produziert OLED-Displays.
Transistoren sind jedoch nicht das einzige Produkt der chinesischen Wirtschaft jener Jahre. Parallel zur Fabrik 774 wurde in Shanghai ein Werk errichtet, das mit dem dortigen Hüttenwerk verbunden war, um einfache integrierte Schaltkreise des TTL-Typs herzustellen. Ihr Ziel sollte das Militär und die Raumfahrtindustrie sein.
„In den 1960er und 1970er Jahren haben wir uns zu sehr auf das Projekt zweier Raketen und eines Satelliten konzentriert, statt auf die Entwicklung von Halbleitern.“
So erinnert sich ein Wissenschaftler namens Qian Xuesen, der an Chinas Raumfahrtprogramm beteiligt ist, an die Vergangenheit. In den ersten zehn Jahren entwickelte sich die Elektronikproduktion in dem Land der Mitte gut, im Vergleich zu anderen Ländern könnte man sogar sagen, recht gut. Es wurden weitere kleinere und größere Werke eröffnet, aber auch in der Forschung und Entwicklung wurden große Anstrengungen unternommen. Das erste Problem trat jedoch 1964 auf, als Mao Zedong die so genannte „dritte Front“ ins Leben rief. Ziel dieser Politik war es, das wirtschaftliche Potenzial, das sich hauptsächlich an der östlichen Peripherie des Staates befindet, ins Landesinnere zu verlagern. Natürlich betraf die Zwangsverlagerung auch Unternehmen aus dem Halbleiterbereich. Die Meinungen der Historiker über die ‘dritte Front’ sind gemischt. Einerseits war die Verlagerung der Industrie vielerorts ein Entwicklungsschub, der die Lebensbedingungen der Menschen in den ärmeren Provinzen verbesserte. Andererseits, und das gilt auch für Halbleiter, war dies ein Problem. Die Qualität der in Eile gebauten Fabriken war nicht sehr gut, die Lieferkette wurde verlängert und vor allem wurden den Fabriken ausgebildete Mitarbeiter entzogen, die ihre Forschungszentren nicht verlassen wollten. Der sprichwörtliche Nagel im Sarg war auch die Kulturrevolution, die zur Ausgrenzung des ausgebildeten Personals in der Halbleiterindustrie führte.
China hat somit seine ersten Entwicklungsjahre vergeudet, und das zu einer Zeit, als seine Konkurrenten nicht langsamer geworden sind. Hinzu kommt, dass es damals zwar eine gewisse Forschung auf dem Gebiet der Technologie gab, diese sich aber hauptsächlich auf das Militär und den Raumfahrtsektor konzentrierte, wie Qian Xuesen erwähnt.
Die frühen 1980er Jahre waren eine Zeit des Aufschwungs und des Aufholens als Ergebnis der Politik von Deng Xiaoping. Man plante, neue Mitarbeiter auszubilden, unterstützte Studenten, die im Ausland studieren wollten, versuchte, westliche Maschinen zu erwerben, und eröffnete in der Folge neue Industriezentren. Allein bis 1990 wurden in China 33 neue Fabriken gebaut, eine wirklich enorme Zahl. Zu dieser Zeit unterlag der mittlere Staat auch keinen Beschränkungen für den Kauf ausländischer Technologien, und selbst wenn diese nicht erwünscht waren, handelten die Chinesen ähnlich wie die Sowjets und erwarben sie auf nicht ganz legale Weise.
Doch trotz der Erholung der Wirtschaft haben chinesische Halbleiterhersteller mit Qualitätsproblemen zu kämpfen. Diese war recht niedrig, da in den Fabriken Empfehlungen zur Sauberkeit und anderen technischen Verfahren ignoriert wurden, so dass die Produktionsmengen trotz vieler Fabriken nicht schwankend waren. Die einzige Ausnahme war die Fabrik 742. Sie wurde im Sechsten Fünfjahresplan für 1981-1986 als vorbildliche Halbleiterfabrik aufgenommen. Sie nutzte die nicht hochmodernen, aber immer noch modernen Produktionslinien von Toshiba und hielt sich dank der Schulung chinesischer Mitarbeiter in japanischen Fabriken streng an alle Verfahren, die zu hoher Qualität führten.
In den 1990er Jahren erkannten die chinesischen Behörden, dass die Entwicklung der Halbleiterindustrie trotz guter Absichten nicht nach Plan verlief. Die Investitionen waren eher zufällig und die Erfolge eher bescheiden. Nach dem Vorbild Südkoreas beschloss die KPCh, sich auf maximal vier/fünf Industriezentren zu konzentrieren, die als lokale und spätere Weltmeister fungieren sollten. Die wichtigste sollte die Firma Huajing sein, die bereits erwähnte Fabrik 742, die nach seiner Fusion mit dem Forschungs- und Entwicklungszentrum in Wuxi umbenannt wurde.
Leider ist das Projekt der lokalen Champions letztendlich gescheitert. Wie in einem sozialistischen Land war das Unternehmen eine Initiative der Regierung und hatte daher mit übermäßiger Bürokratie und einer Reihe von Verzögerungen bei der Entscheidungsfindung zu kämpfen. Die neuen Prozesslinien erwiesen sich als veraltet, als sie in Betrieb genommen wurden, und die produzierten Komponenten waren die Entscheidung von unwissenden Beamten, so dass sie für niemanden von Nutzen waren.
Im November 1995 beschloss die chinesische Regierung das nächste, bis dahin ehrgeizigste Halbleiterprojekt. Um die Bürokratie zu reduzieren, wurde der damalige Industrieminister Hu Qili zum Präsidenten der neuen Fabrik ernannt und hatte freie Hand bei der Gestaltung des Unternehmens. Wie zuvor wurde eine Partnerschaft mit den Japanern eingegangen, genauer gesagt mit NEC, das sich bereit erklärt hat, die Technologie für die Herstellung von Speicherchips mit einem 500-Nanometer-Technologieprozess zur Verfügung zu stellen. Im Vorfeld wurde auch darauf geachtet, dass Speicher benötigt wurden – sie wurden damals in dem neuen Produkt der IC-Zahlungskarten verwendet. Das von Hu Qili geleitete Werk lief recht effizient, außerdem waren die dort produzierten Chips von so guter Qualität, dass die Japaner zustimmten, die Rechte an der Marke NEC zu teilen. Die 1995 gegründeten Werke sind die zweitgrößten Halbleiterproduktionszentren in China.
Wir müssen auch SMIC erwähnen, das Unternehmen, das uns als erstes in den Sinn kommt, wenn wir an chinesische ICs denken. Es ist derzeit der größte Chiphersteller im Reich der Mitte, aber seine Geschichte ist nicht sehr spannend. Der Beitritt Chinas zur Internationalen Handelskommission im Jahr 2001 hatte eine weitgehende Öffnung für westliche Investitionen zur Folge. Zu dieser Zeit verkauft der taiwanesische Geschäftsmann Zhang Rujing seine Fabrik, Shida Semiconductor, für mehr als 5 Milliarden Dollar an TSMC und kehrt mit diesem Geld nach China zurück, wo er beschließt, eine weitere Chipfabrik zu errichten. Auf diese Weise entsteht SMIC, eine typische Reaktion auf die Bedürfnisse des Marktes. Westliche Unternehmen, die in China investieren, benötigen Chips, die in den hergestellten Geräten verwendet werden. Diese können zwar aus dem Ausland bezogen werden, aber das ist kostspielig. Deshalb bietet das Unternehmen Rujinga ihnen Kooperationen und Layouts zu günstigen Preisen an.
Chinas Probleme
Im Laufe der Jahre hat Chinas Halbleiterindustrie Höhen und Tiefen erlebt, war aber praktisch immer von einigen internen Problemen geprägt. Heute ist die Branche zwar viel ausgereifter, hat aber immer noch mit einer Reihe von Problemen zu kämpfen, die sie daran hindern, auf das globale Podest zu steigen, obwohl China zweifellos eine führende Rolle anstrebt.
Eines der Hauptprobleme für Chinas Chipsektor ist seine Abhängigkeit von ausländischer Technologie. Wenn man die modernsten integrierten Schaltkreise der Welt herstellen will, muss man die Maschinen des niederländischen Unternehmens ASML verwenden, das in diesem Bereich eine Monopolstellung innehat. EUV-Anlagen (Extreme Ultraviolet Lithography) ermöglichen die Herstellung von Chips in Technologien ab etwa 7nm, d.h. dem neuesten Stand der Technik, die derzeit hauptsächlich bei TSMC in Taiwan produziert werden. Vor einiger Zeit hat ASML auf Druck der USA den Verkauf seiner Geräte nach China blockiert, wodurch China von der neuesten Technologie für die Chip-Produktion abgeschnitten wurde. Ein Versuch, diese Einschränkung zu umgehen, ist der Einsatz von DUV-Maschinen (Deep Ultraviolet Lithography), die jedoch gemeinhin als minderwertig gelten. Interessanterweise berichten chinesische Quellen jedoch, dass es ihnen gelungen ist, trotz eines weniger entwickelten Prozesses das Niveau von EUV-Produktionslinien zu erreichen. Die Informationen sind interessant, aber das Thema ist immer noch recht vage und solange es keine offiziellen 3/4nm Chips gibt, die in China hergestellt werden, müssen wir solche Zusicherungen mit einer gewissen Skepsis betrachten.
Die Handelsbeschränkungen erstrecken sich nicht nur auf Maschinen, auch Software und Peripheriegeräte sind in China dank der USA viel weniger verfügbar. Wir wissen, dass vor 2022 Design-Tools wie Synopsys und Cadence in dem Land der Mitte verwendet wurden, deren Vertrieb aber eingestellt wurde. Ähnlich verhält es sich mit den hochreinen Gasen und dem Substrat für die aus Japan importierten Siliziumwafer. Auch der Handel mit ihnen wurde erheblich eingeschränkt, so dass chinesische Unternehmen nur noch Halbfertigprodukte verwenden können, die auf dem heimischen Markt erhältlich sind.
Das Problem für chinesische Fabriken ist auch der Mangel an geeigneten technischen Einrichtungen. Obwohl sich die Branche seit Jahren entwickelt, entscheiden sich viele vielversprechende Arbeitskräfte oft für die Auswanderung, um in ausländischen Unternehmen zu arbeiten. Dort können sie mit viel besseren Gehältern und vor allem mit Entwicklungsmöglichkeiten rechnen. Das soll natürlich nicht heißen, dass die Chinesen keine integrierten Schaltkreise entwickeln können, aber im Vergleich zu anderen Unternehmen sind sie etwas weniger weit entwickelt. Die meisten chinesischen Start-ups entwickeln Chips auf der Grundlage ausländischer Architekturen, wie z.B. ARM, ohne eigene Innovationen zu entwickeln.
Wie schon vor Jahren werden viele Halbleiterdesigns immer noch zentral gesteuert. In vielen Fällen waren die produzierten Chips nicht das Ergebnis einer Marktnachfrage, sondern einer politischen Entscheidung, die zwar innovativ aussah, sich aber bei näherer Betrachtung als unnötig herausstellte. Hinzu kommt, dass China weiterhin mit Korruption zu kämpfen hat. 2014 wurde der Semiconductor Development Fund eingerichtet, der mehr als 30 Milliarden Dollar in Halbleiterunternehmen investiert. Im Laufe der Zeit stellte sich heraus, dass das meiste dieser Gelder in die Taschen der Beamten und nicht in die Budgets der Fabriken floss.
Missmanagement und exorbitante Ambitionen enden im Falle Chinas meist schlecht. Wuhan Hongxin Semiconductor Manufacturing, Tacoma Semiconductor Technology und Dehuai Semiconductor Technology sind nur einige der laufenden Projekte für die Jahre 2019-2021, die das Land der Mitte in die Unabhängigkeit führen sollten. Doch trotz der staatlichen Gelder wurde keine der Fabriken fertiggestellt, die meisten Gelder gingen verloren und viele der Baufirmen, die die Fabriken bauen sollten, steckten in gerichtlichen Auseinandersetzungen mit der lokalen Verwaltung fest.
China steht vor einer großen Herausforderung beim Aufbau einer unabhängigen Halbleiterindustrie. Trotz ehrgeiziger Pläne und Investitionen fehlt es ihnen noch immer an Zugang zu Schlüsseltechnologien, erfahrenen Mitarbeitern und einem stabilen geopolitischen Umfeld. Natürlich gibt es Fortschritte, aber der Weg zur technologischen Unabhängigkeit, die im Interesse Chinas liegt, bleibt ziemlich lang und unsicher, vor allem aus der Perspektive der letzten Jahre.
Quellen:
“Chip-Krieg” – Chris Miller
The Evolution of China’s Semiconductor Industry under U.S. Export Controls
https://baijiahao.baidu.com/s?id=1667736059647742966&wfr=spider&for=pc
https://en.wikipedia.org/wiki/Zhang_Rujing
https://www.bloomberg.com/news/articles/2020-09-05/china-s-smic-says-assumptions-of-ties-with-military-are-false?embedded-checkout=true
https://en.wikipedia.org/wiki/Hongxinhttps://www.manufacturingdive.com/news/tsmc-deal-arizona-labor-union-chip-factory/704890/
https://en.wikipedia.org/wiki/Semiconductor_Manufacturing_International_Corporation
https://www.osw.waw.pl/en/publikacje/osw-commentary/2024-07-23/a-siege-broken-chinas-processor-sector-under-us-sanctions
