Nicht alle Chips sind gleich Deutschland ist Schlüssellieferant bei der globalen Halbleiterproduktion

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Überraschung! „Bei der globalen Halbleiterproduktion gehört Deutschland zu den insgesamt neun wichtigsten Ländern weltweit.“ Dies geht aus einer Studie des IFO Instituts und Econpol Europe hervor, die die Macher kürzlich auf der Münchner Sicherheitskonferenz vorgestellt haben. Auch ZVEI, Gapgemini und Yole Group liefern Zahlen, Risiken und Chancen.

Der Überbegriff 'Halbleiter' oder 'Chips' bezieht sich laut Untersuchung eigentlich auf eine heterogene Gruppe von Produkten. Sie unterscheiden sich in ihrer Funktionalität, zum Beispiel Speicherchips gegenüber von Logikchips, die Daten verarbeiten, und etwa Leistungstransistoren die den elektronischen Strom steuern. Die Untergruppen können sogar noch weiter unterschieden werden, zum Beispiel nach ihrem Reifegrad, ihrem Material oder ihrer Endanwendung.

Insgesamt lassen sich etwa 75 verschiedene Arten von Halbleitern unterscheiden, so die Untersuchung, die an unterschiedlichen Stellen eingesetzt werden und deren Produktion unterschiedliche Anforderungen erfüllen müssen. Die Chip-Produktion ist durch eine komplexe Wertschöpfungskette gekennzeichnet.

Auf einer aggregierten Ebene lässt sich die Halbleiterproduktion in drei große Schritte unterteilen: Entwurf, Fertigung, Montage mitsamt Prüfung und Verpackung (ATP). Jede der jede der drei Stufen ist auf eine eigene Reihe von Geräten, Materialien und Dienstleistungen angewiesen, die ihre eigenen komplexen Wertschöpfungsketten haben. Zudem können sich die detaillierten wirtschaftlichen Kräfte, die die verschiedenen Produktionsstufen miteinander verbinden, von Chip zu Chip stark unterscheiden.

Im Jahr 2022 waren etwa 70 Länder am Handel mit Halbleitern beteiligt sein und das Handelsvolumenbetrug etwa 1,2 Billionen Dollar (siehe auch die Zahlen der Yole Group unten). Der Löwenanteil des weltweiten Handels mit Halbleitern entfällt auf Endstufenchips, und innerhalb dieser Gruppe sind Logik- und Speicherchips die größten Gruppen. Die zweitwichtigste Kategorie ist die der Halbleiterausrüstungen, wo spezielle Halbleitermaschinen als größte Gruppe hervorstechen.

Doch die hohe Komplexität der Produktion führt dazu, dass sich die Halbleiterproduktion auf wenige Länder konzentriert: Südkorea, Taiwan, Singapur, Malaysia und China produzieren über 50 Prozent der Chips, mit denen weltweit gehandelt wird. Deutschland, Japan, die USA und die Niederlande steuern einen großen Teil der Ausrüstung für die Chipherstellung bei, heißt es in der Studie „Complexities and Dependencies in the Global Semiconductor Value Chain“von Dorothee Hillrichs und Anita Wölfl (siehe: Kasten).

Lisandra Flach, Leiterin des IFO Zentrums für Außenwirtschaft, erläutert wie es zu diesem Ergebnis kommt: „Betrachtet man nicht nur den Handel mit fertigen Chips, sondern auch das Equipment zur Herstellung und die Rohmaterialien, exportiert Deutschland mehr als es importiert. Abhängigkeiten in der globalen Halbleiterproduktion sind also nicht einseitig, sondern wechselseitig.“

Die Handelsdaten zeigten zudem, dass China und Taiwan vor allem bei allen Arten von integrierten Schaltkreisen die Hauptexporteure sind. Die USA, Deutschland und Japan spielten hingegen bei Leistungshalbleitern und optischen Chips sowie in der Sensortechnologie eine bedeutende Rolle. Südkorea ist Marktführer bei Speicherchips.

Dadurch entsteht das Risiko von Lieferengpässen mit schweren wirtschaftlichen und sicherheitspolitischen Folgen. (siehe beispielsweise: „ITscope-Zahlen; Chip-Knappheit erreicht den ITK-Channel“ oder EU Chips Act Milliarden gegen Chipmangel: EU-Kommission geht aufs Ganze )

„Sämtliche Chips künftig ausschließlich in Europa herzustellen, ist ebenso mit hohen Unsicherheiten verbunden und wenig realistisch. Auch mit Handelsbeschränkungen oder Exportkontrollen auf die vermeintliche chinesisch-taiwanesische Dominanz zu reagieren, ist nicht zielführend“, sagt Dorothee Hillrichs, Co-Autorin der Studie. „Stattdessen sollten Regierungen differenzierte politische Ansätze in Betracht ziehen, die Innovation in jeder Phase des Produktionsprozesses fördern, von der Entwicklung und Herstellung bis hin zur Montage, Prüfung und Verpackung.“

Chiplets und SIPs in Computern

Eine Roadmap für die Mikro-Elektronik bis 2030

Nichtsdestotrotz ist die Halbleiterindustrie unverhältnismäßig stark von staatlichen Eingriffen betroffen. Die meisten der wichtigsten Halbleiterländer haben auf eine Kette von Lieferengpässen bei Chips im Jahr 2021 mit einer Reihe von industrie- und handelspolitischen Maßnahmen regaiert, die unverhältnismäßig stark auf die Halbleiterindustrie abzielen.

Die Studie gelangt zu dem Schluss, dass die komplexe globale Chip-Wertschöpfungskette eine differenzierte politische Debatte rechtfertigt. So mache es eine Reihe offener Fragen schwierig, den Umfang staatlicher Interventionen zu definieren, die erforderlich wären, um eine einege lebensfähige Halbleiterindustrie zu ermöglichen.

Über die IFO-EconPol Europe-Analyse

Der Econpol-Bericht beleuchtet das weltweite Angebot an Halbleitern. Die Analyse von Wertschöpfungsdaten für die USA unterstreiche die Bedeutung von Halbleitern für fortgeschrittene Volkswirtschaften, heißt es in der Beschreibung des Reports.

Anhand von Welthandelsdaten und einer umfangreichen Liste von Waren, die mit Halbleitern zusammenhängen, liefere dieser eine detaillierte Beschreibung der globalen Halbleiterwirtschaft. Dazu gehört, dass die Chipexporte seit Anfang der 2010er Jahre auf aggregierter Ebene von Taiwan, China und Korea dominiert werden, die Exportführerschaft aber je nach Chipart stark variiert.

Darüber hinaus aber identifiziere der Bericht neun Kernländer in Nordamerika, Europa und Asien, die den Handel mit Halbleitern, einschließlich Materialinputs und Ausrüstung, dominieren. Diese neun Länder wiesen aufgrund der Fragmentierung der Halbleiterproduktion erhebliche gegenseitige Handelsabhängigkeiten auf, heißt es.

Vor dem Hintergrund der zunehmenden politischen Eingriffe in die Halbleiterindustrie seit 2021 schließt er mit dem Hinweis auf offene Fragen zur Wirtschaftlichkeit der Halbleiterproduktion.

ZVEI-Studie: Halbleiterförderung rechnet sich

Das sieht die ZVEI-Studie „Von Chips zu Chancen: Die Bedeutung und Wirtschaftlichkeit der Mikroelektronikförderung“ vom Dezember 2024 zur Halbleiterförderung anders: Sie kommt zu dem Schluss: Eine solche würde sich volkswirtschaftlich rechnen. Im Prinzip gelte: mehr Steuereinnahmen, mehr Beschäftigung, mehr Wertschöpfung. und wenn Europa mehr Engagement zeigte, könne bis 2030 ein Anteil an der globalen Halbleiterproduktion von 20 Prozent erreicht werden.

Studienautor Tanjeff Schadt, Partner bei Strategy&, der globalen Strategieberatung von PwC, sagt: „Die für die Mikroelektronik eingesetzten Mittel erzielen eine hohe Rendite.“ Seinen Aussagen zufolge liege der Ertrag zwischen 30 bis 40 Prozent, das eingesetzte Geld amortisiere sich nach neun bis zwölf Jahren.

Und weiter: Ausgelöst durch die Mikroelektronikförderung steige die jährliche Bruttowertschöpfung in Europa um 33 Milliarden Euro, die Steuereinnahmen legten um 7,9 Milliarden Euro pro Jahr zu. Dazu kämen 65.000 neue, qualifizierte Arbeitsplätze in Europa, davon 49.000 allein in Deutschland. Schadt führt aus: „Jeder direkte Arbeitsplatz erzeugt rund sechs weitere Stellen entlang der Wertschöpfungskette, nicht eingerechnet sind Arbeitsplätze, die aufgrund von erhöhter Wettbewerbsfähigkeit in angrenzenden Industrien entstehen.“

Mit Warnungen garniert

Doch ohne ein Invest in Deutschland und Europa sei das Ziel von 20 Prozent nicht zu erreichen. Selbst mit den gegenwärtig bereitgestellten Fördermitteln würde der Anteil von aktuell 8,1 Prozent auf 5,9 Prozent im Jahr 2045 absinken. ZVEI-Präsident Gunther Kegel warnst gar: „Europa droht bei einem weiteren Rückgang der Produktionskapazitäten abgehängt und zum Spielball geopolitischer Machtinteressen zu werden.“ Er setzt hinzu: „Die aktuellen Förderzusagen können nur ein erster Schritt sein, sie müssen ausgebaut werden.“

Europa verfüge nur in den Bereichen Leistungshalbleiter, Mikrocontroller und Sensorik noch über eine starke Marktposition, so der ZVEI-Präsident. Europa brauche aber „ein eigenes technologisches Faustpfand, an dem international nicht vorbeizukommen ist.“ Außerdem sollte die Förderung auf das Mikroelektronik-Ökosystem ausgeweitet werden.

Kegel: „Ein weiteres Abschmelzen unserer Marktanteile bei Leiterplatten und Elektronikfertigung können wir uns nicht erlauben.“ Anders als beispielsweise in den USA gibt es für beide Industrien in der EU keine Förderung. Der Marktanteil der EU am globalen Leiterplattenmarkt ist historisch stark geschrumpft und liegt deutlich unter fünf Prozent. 85 bis 90 Prozent des weltweiten Produktionsvolumens wird in China und Taiwan hergestellt.

Schlüsseltechnologie zum Erreichen der Klimaziele

Die ZVEI-Studie macht des Weiteren deutlich, welchen Beitrag die Mikro-Elektronik zur CO₂-Reduktion leistet. Andreas Urschitz bemerkt: „Halbleiter helfen, ein Vielfaches der Emissionen einzusparen, die im Rahmen ihrer Fertigung anfallen. „Ob Photovoltaik, Windkraft, Wärmepumpe, Speicher oder emissionsfreie Mobilität: Der Bedarf an klimaschonenden Technologien wird rasant zulegen. „Die beabsichtigte klimaneutrale Transformation von Wirtschaft und Gesellschaft gelingt nur mit Mikroelektronik. Halbleiter ermöglichen Innovation, Produktivitätsfortschritt und damit Wettbewerbsfähigkeit zukunftsgerichteter Industriesektoren, wie zum Beispiel dem Automobilbereich, erneuerbarer Energien und Netze, Industrieautomatisierung und etliche mehr.“

Laut Studie entfällt der größte Anteil des zum Erreichen der Klimaziele benötigten Halbleiterbedarfs – 80 Prozent – auf Leistungshalbleiter. Denn diese würden nahezu überall zur Steuerung und Optimierung gebraucht. Um das selbstgesteckte Ziel der Klimaneutralität bis 2050 zu erreichen, könnten bis zu 25 Prozent der antizipierten europäischen Produktionskapazitäten allein für die klimaneutrale Elektrifizierung benötigt werden, weist die Studie darüber hinaus nach.

Der Verband der Elektro- und Digitalindustrie hat eine Plattform für Mikroelektronik geschaffen. Sie soll die relevanten Stakeholder zusammenbringen und die Anliegen der Branche bündeln. Den Vorsitz hat Urschitz.

Capgemini liefert die Wachstumstrends

Die Studie des Capgemini Research Institute über die Zukunft der Halbleiterindustrie „The semiconductor industry in the AI era: innovating for tomorrow's demands“ beschäftigt sich indes mit der Nachfrage nach Chips im Zusammenhang von Künstlicher Intelligenz und GenAI. Die Kernaussagen:

• Die Verbreitung von KI und generativer KI treibt die Nachfrage nach Chips in die Höhe: Die nachgelagerten Industrien schätzen bis Ende 2026 eine Steigerung um 29 Prozent, doppelt so hoch wie von der Halbleiterindustrie erwartet.

• Jedes dritte nachgelagerte Unternehmen prüft oder hat sich bereits aktiv mit der internen Chipentwicklung befasst, um eine stärkere Anpassung zu ermöglichen und mehr Kontrolle über die Lieferkette zu erhalten.

• Die Halbleiterindustrie plant, den Anteil der inländischen Beschaffung in den kommenden zwei Jahren um 17 Prozent zu steigern.

• Doch geopolitische Spannungen, internationale Handelsbeschränkungen und der Fokus auf technologische Souveränität schüren die Sorge darüber, ob die Halbleiterindustrie die Nachfrage befriedigen kann.

Auch bei Capgemini werden nicht alle Halbleiterprodukte über einen Kamm geschoren. So treiben die Einführung von Gen AI und Technologien wie 5G, IoT, autonomes Fahren, AR/VR und Edge Computing die Nachfrage nach leistungsfähigeren, effizienteren und maßgeschneiderten Chips voran: Fast drei von fünf Halbleiterunternehmen geben an, dass Gen AI und Wireless-Technologien wie 5G ihre strategische Ausrichtung prägen.

Nachfrage und Chancen

Der Studie aus dem Januar dieses Jahres zufolge gehen 39 Prozent der Halbleiterunternehmen davon aus, dass GenAI die Nachfrage nach kundenspezifischen Chips in den kommenden zwei Jahren ankurbeln wird. Die meisten nachgelagerten Unternehmen (81 Prozent) erwarten, dass ihre Nachfrage allein in den nächsten zwölf Monaten um 21 Prozent steigt.

Peter Fintl, Vice President Technology & Innovation bei Capgemini Engineering in Deutschland, sieht darin eine Chance: „Die Industrie muss diesen Moment nutzen und in einem 'Chip-to-Industry'-Ansatz, welcher ein vollständiges, Software-orientiertes Leistungsspektrum unterstützt, schneller und effizienter werden. Investitionen in hochmoderne Designprozesse und Fertigungsmethoden, die auf KI und Gen AI basieren, werden entscheidend sein, um die speziellen Anforderungen erfüllen. Gleichzeitig ist es von essenzieller Bedeutung, Fertigungsprozesse noch nachhaltiger zu gestalten.“

Tatsächlich hätten viele Industrie und Tech-Player maßgeschneiderte Halbleiter auf ihre Entwicklungsagenda gesetzt. Bei Capgemini ist man der Ansicht, dass dies die Abhängigkeit von externen Anbietern minimiere und die Kontrolle über ihr geistiges Eigentum gewährleiste, während es gleichzeitig handfeste Wettbewerbsvorteile in Sachen einzigartiger Funktionalität, Entwicklungsgeschwindigkeit, Effizienz und Kompatibilität mit eigener Hard- und Software steigere.

Mehr Chips andere Techniken

Wohl auf längere Sicht erörtert die Studie, dass speziell leistungsintensive KI-Anwendungen nach neuartigen Chip-Technologien verlangten, um Performance, Effizienz und Kosten zu vereinen. Neuartige Chip-Architekturen, EUV-Lithografie (Extrem Ultraviolet), 3D-Packaging und die Verwendung von Chiplets sind dabei die Mittel der Wahl, heißt es.

Der Studie zufolge rechnet die Branche mit einem Anstieg ihrer F&E-Budgets um rund 10 Prozent in den nächsten zwei Jahren. Fast die Hälfte der Hersteller gibt ferner an, dass sie Prozesse mittels KI und maschinellem Lernen (ML) optimieren wollen.

Der zunehmende Einsatz von KI und Gen AI führt zu einem erhöhten Bedarf an spezialisierten neuronalen Recheneinheiten (NPUs) und Hochleistungs-Grafikprozessoren (GPUs), die die notwendige Rechnungsleistung stemmen und große Datensätze effizient verarbeiten können. Mehr als die Hälfte der nachgelagerten Branchen (54 Prozent) glauben, dass Fortschritte bei der GPU-Berechnung und der Beschleunigung von KI/ML den größten Nutzen bringen können.

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Die Nachfrage nach KI-Chips, kundenspezifischen integrierten Schaltkreisen und speicherintensiven Bauelementen wird also in den kommenden zwölf Monaten deutlich zunehmen. Um das Potenzial dieses Trends voll auszuschöpfen, sollte die Halbleiterindustrie gezielt in innovative Designansätze, hochmoderne und nachhaltige Fertigungstechnologien sowie in eine stärkere lokale Beschaffung und Nearshoring investieren, um die Lieferkettenstabilität langfristig zu gewährleisten.

Unternehmen priorisieren Nachhaltigkeit und Lieferkettenstabilität

Nur zwei von fünf Halbleiterunternehmen sind von der Stabilität ihrer Lieferketten überzeugt. Die Halbleiterindustrie erwartet, dass sie in den nächsten zwei Jahren ihren Inlandsbezug von derzeit 40 Prozent auf 47 Prozent erhöhen wird, um die mit der internationalen Logistik verbundenen Risiken zu mindern.

Um die Stabilität zu erhöhen, rechnet die Branche außerdem mit einem Anstieg des Nearshoring um 4 Prozent. 74 Prozent der Halbleiterunternehmen erwarten eine Steigerung ihrer Investitionen in den USA, während 59 Prozent ihre Investitionen in Europa erhöhen wollen.

Schließlich geben fast 60 Prozent der nachgelagerten Unternehmen an, dass die Nachhaltigkeit von Chips bei der Bauteilauswahl eine entscheidende Rolle spielen wird. Die Branche setzt daher auf umweltfreundliche Kerninitiativen: Energie-Einsparung, Implementierung von Wasserrecycling- und Wiederverwendungssystemen, Verwendung umweltfreundlicherer Chemikalien und Minimierung von Abfällen.

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GenAI-Prozessoren und HBM

Auch die Analysten der Yole Group sehen einen starken Wachstumstrend. Die Halbleiterindustrie befinde sich in einem neuen Wachstumszyklus durch den Aufstieg generativer KI-Prozessoren und HBM. Allerdings ist hier die Auswahl an maßgeblichen Firmen überschaubar (siehe: Grafik). Im Jahr 2024 entfielen 80 Prozent des Marktes auf die 35 größten Halbleiterunternehmen.

• Ausgangspunkt ist ein Marktvolumen von 672 Milliarden Dollar im Jahr 2024 - 100 Milliarden Dollar mehr im Vergleich zum Jahr 2023. Die Analysten erwarten trotzdem in den kommenden Jahren ein durchschnittliches Wachstum von 6,8 Prozent.

• Vermutlich aus Mangel an markttauglichen Alternativen kehrt die Branche zur 'More-Moore-Dominanz' zurück, wobei fortschrittliche Packungsplattformen eine Schlüsselrolle bei der Wettbewerbsdifferenzierung spielen.

• Obwohl GenAI als Treiber gilt, erhöht sie bislang den Wafer-Verbrauch nicht wesentlich.

• Das hat zur Folge, dass sich die die nächste Herausforderung sich aus dem Ungleichgewicht zwischen Angebot und Nachfrage ergeben wird.

Im Jahr 2030 ist also damit zu rechnen, dass der Markt einen Wert von 390 Milliarden Dollar erreicht haben wird. Der Computermarkt steigt derweil mit einer Wachstumsrate von 6 Prozent auf 150 Milliarden Dollar. Insbesondere DRAM, NAND und Prozessoren sorgen für ein steiges Halbleiterwachstum in diesem Segment die Halbleiterindustrie von 7 bis 8 Prozent.

Die Gewinner

Nvidia, führt trotz keiner eigenen Foundries, die Branche mit einem Umsatz von 96 Milliarden Dollar im Jahr 2024 an. Dicht darauf folgt TSMC, eine taiwanesische offene Foundry, mit 87 Milliarden Dollar an Wafer-Foundry-Umsätzen im selben Jahr. Samsung, mit Sitz in Südkorea und in erster Linie ein IDM[, belegt mit 83 Milliarden Dollar Umsatz im Jahr 2024 den dritten Platz.

Intel, ebenfalls ein IDM, rangiert mit einem Umsatz von 52 Milliarden Dollar im Jahr 2024 an vierter Stelle. Zusammen machen diese vier größten Unternehmen fast ein Drittel der gesamten Halbleiterindustrie aus, wobei sie alle Geschäftsmodelle abdecken.

Die anderen Halbleiterunternehmen, die zu den 35 größten Unternehmen gehören, erzielen das 20-fache ihres Umsatzes, das heißt zwischen 5 und 100 Milliarden Dollar. Etwa 40 Prozent von ihnen sind keine Halbleiterunternehmen, sondern offene Foundries, OSAT-Unternehmen, Ausrüstungsfirmen oder Materialunternehmen.

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