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Hochsichere Chipproduktion in verteilten Fabriken

Sichere und vertrauenswürdige Elektronik aus global verteilten Fertigungsstätten ist das Fokusthema des Fraunhofer-Projektes T4T. Foto (bearbeitet): Heiko Weckbrodt

Sichere und vertrauenswürdige Elektronik aus global verteilten Fertigungsstätten ist das Fokusthema des Fraunhofer-Projektes T4T. Foto (bearbeitet): Heiko Weckbrodt

Fraunhofer Dresden will mehr spionage-gefeite Halbleiterfertigung in Europa ermöglichen – ohne die Spitzen-Foundries in Fernost aufzugeben

Dresden, 24. September 2022. Als Antwort auf Industriespionage und Chiplieferkrisen entwickelt Fraunhofer Dresden gemeinsam mit Partnern aus Forschung und Wirtschaft ein Konzept, um mikroelektronische Schaltkreise künftig hochsicher an verschiedenen Standorten herzustellen und an einem vertrauenswürdigen Ort zu verknüpfen. Das Verbundprojekt „Verteilte Fertigung für neuartige und vertrauenswürdige Elektronik T4T“ soll auch die im EU-Chipgesetz geforderte Stärkung der europäischen Chipproduktion vorbereiten. Das geht aus einer Mitteilung des federführenden Fraunhofer-Photonikinstituts IPMS aus Dresden hervor. Ziel sei die Fertigung von „vertrauenswürdiger Elektronik Made in Germany“.

Bund schießt knapp 12 Millionen Euro für T4T-Projekt zu

Angesichts der besonderen strategischen Bedeutung dieses Konzeptes übernimmt das Bundesforschungsministerium 11,75 Millionen der insgesamt rund 16,44 Millionen Euro umfassenden Projektkosten. Beteiligt sind neben dem IPMS auch Bosch, Osram, Audi und XFAB, Nanowired, Süss, Disco und IHP, die TU Dresden sowie die Dresdner Fraunhofer-Zentren und Instiutsteile Assid und EAS. Die Ergebnisse sollen im März 2025 vorliegen.

Photonikinstitut: Gefahr für Hintertüren in Chips steigt

„Die sichere Versorgung mit elektronischen Bauteilen ist von wachsender strategischer Bedeutung für den Industriestandort Deutschland“, betonen die T4T-Initiatoren. „Durch die zunehmende Verlagerung der Fertigung von integrierten Schaltkreisen in außereuropäische Regionen steigt die Anfälligkeit für das Einbringen von Schad- und Spionagefunktionen in von Auftragsfertigern gelieferte Bauteile. Gleichzeitig steigt die Gefahr der Entwendung von geistigem Eigentum am Schaltungsdesign durch Dritte.“

Konzept: Die Welt als Fabrik – aber Endmontage und Verschlüsselung in Deutschland

Anderseits ist es wenig realistisch anzunehmen, dass sich die europäischen Technologie-Branchen in hohem Maße deglobalisieren und von Spitzen-Auftragsfertigern (Foundries) wie etwa TSMC in überschaubarer Zukunft unabhängig machen könnten. Das T4T-Konsortium sucht daher nach Wegen, die einzelnen Prozessstufen der mikroelektronischen Wertschöpfungsketten auf verschiedene Standorte aufzuteilen, aber „die Montage und Verschlüsselung der Systeme in einem vertrauenswürdigen Umfeld am Standort Deutschland“ zu konzentrieren.

Speicher-Codes sollen auch durch Quantencomputer nicht zu knacken sein

Dabei verfolgen die Projektpartner innerhalb dieses „Split-Manufacturing“-Ansatzes verschiedene Ansätze: Das IPMS zum Beispiel will in die Chips merkfähige Speicher mit moderne Verschlüsslungen integrieren, die auch durch Quantencomputer nicht zu knacken sind. Das Assid wiederum konzipiert Kontaktiertechniken, mit denen sich an verschiedenen Standorten gefertigte Siliziumscheiben (Wafer) mit Chiplets und verschlüsselten Speicherelementen darauf elektrisch beziehungsweise logisch miteinander verbinden lassen. Dabei wollen die Ingenieure auch Kontaktier-Probleme lösen, die auftreten können, wenn die Schaltkreise auf den Wafern verschieden groß sind. Und das EAS wird sich um die Designkonzepte für die Mikroelektronik aus der verteilten Produktion kümmern.

Blick in eine Fabrik von TSMC - das taiwanesische Unternehmen ist die weltweit größte Chip-Foundry. Abb.: TSMC

Blick in eine TSMC-Fabrik. Abb.: TSMC

Dem Westen schwant wachsende Abhängigkeit von China – bald auch in der Mikroelektronik

Diese Bemühungen haben komplexe Hintergründe: So sind moderne Mikroelektronik-Wertschöpfungsketten zwar ohnehin schon längst global verteilt. Die Kernproduktionsprozesse („Frontend“) wie Belichtung und Dotierung finden fast immer in anderen Fabriken statt als die Kontaktierung und Endmontage („Backend“), meist sogar in verschiedenen Ländern. Und der Einbau der Schaltkreise in komplette elektronische Systeme geschieht wieder in anderen Fabriken. Auf die Kernproduktion höchstintegrierter Chips sind beispielsweise TSMC in Taiwan, Samsung in Südkorea und Intel in den USA spezialisiert. Viele Backend-Fabriken stehen wiederum in Malaysia und Singapur. Komplexe Elektronikprodukte montiert wiederum zum Beispiel Foxconn aus Taiwan. Allerdings spielen inzwischen auch chinesische Auftragsfertiger eine gewisse Rolle auf dem Weltmarkt. Zudem gibt es in Europa und den USA die Befürchtung, China könnte eines Tages Taiwan überfallen und sich dessen Hochtechnologie-Fabriken einverleiben. All dies schürt Ängste vor Abhängigkeit von und Spionage durch die Chinesen.

EU will Europas Marktanteil verdreifachen – doch viele Grundlagen und starke Akteure fehlen

Zudem will die EU-Kommission der Weltmarkt-Anteil der europäischen Mikroelektronik-Produktion binnen kurzer Zeit von sieben auf 20 Prozent verdreifachen. Wie realistisch dieses – bereits schon einmal verfehlte – Ziel auch immer sein mag: In den nächsten Jahren bleibt der Kontinent außerstande, sämtliche Glieder der Mikroelektronik-Wertschöpfungsketten in Europa zu realisieren: Es fehlt an Prozessor-Designschmieden, Highend-Fabriken à la TSMC, ab Backend-Werken und Endprodukt-Auftragsfertigern der Foxconn-Klasse. Auch deshalb präferieren Fraunhofer und andere Akteure – vor allem aus Sachsen – seit geraumer Zeit das Konzept virtueller Fabriken, zu denen sich viele kleinere Entwickler und Hersteller zusammenschließen sollen. Und dafür wäre ein funktionierendes „Split Manufacturing“-Konzept besonders wichtig. Auch große Halbleiter-Hersteller wie Infineon setzen auf Konzepte wie die virtuelle Fabrik, zum Beispiel in der Leistungselektronik-Fertigung. Das soll dafür sorgen, dass das Unternehmen Produkte schnell von einem Standort auf den anderen transferieren und Lieferkettenprobleme flexibler und rascher lösen kann.

Autor: Heiko Weckbrodt

Quellen: IPMS, Oiger-Archiv