Der Herzschlag der digitalen Welt: Warum die Halbleiterindustrie ein entscheidender Wirtschaftsfaktor für Deutschland und Europa ist

Das Herz der digitalen Welt ist winzig und mit bloßem Auge nicht zu erkennen: Wenige Nanometer große, kontaktlose Schalter, sogenannte Transistoren, sorgen in Mikrochips dafür, dass ganze Fabriken gesteuert, neue Automobilanwendungen ermöglicht und moderne Systeme auf Basis von Künstlicher Intelligenz (KI) entwickelt werden können. Halbleiter – also die Stoffe, aus denen Transistoren gefertigt werden – nehmen somit bei der digitalen und grünen Transformation eine Schlüsselposition ein. Sie ebnen den Weg für zukünftige Kommunikationstechnologien wie 6G, ermöglichen präzise Medizintechnik und tragen durch immer effizientere Datenübertragung und -verarbeitung zum Klimaschutz bei. Und auch gesamtwirtschaftlich ist die Bedeutung der Mikroelektronik enorm: Innovationen, Wirtschaftswachstum und Arbeitsplätze sind davon abhängig, dass das Herz des digitalen Organismus zuverlässig schlägt.

Deutschland und Europa verfügen über einen starken Mikroelektroniksektor. Allerdings ist der Marktanteil Europas an der weltweiten Halbleiterproduktion von etwa 21 Prozent im Jahr 2000 auf derzeit rund 8 Prozent gesunken. Hauptursache für diesen Rückgang ist der geringere Ausbau von Fertigungskapazitäten in Europa im Vergleich zu anderen Regionen. Der deutsche Marktanteil liegt derzeit bei 3 Prozent.

Europäische Halbleiterproduzenten sind weltweit in Bereichen wie dem Automobil- und Maschinenbau sowie in der Medizintechnik aktiv und zählen insbesondere in der Sensorik und Leistungselektronik zur Weltspitze. Deutsche Unternehmen sind besonders stark bei reiferen Technologieknoten, den sogenannten „Legacy-Chips“, die im Automobilsektor, in der Energiebranche und bei anderen leistungselektronischen Anwendungen unverzichtbar sind. Auch in der Sensorik, der Entwicklung spezialisierter Mikroprozessoren sowie in der Photonik, wo Licht bei der Informationserfassung, -verarbeitung und -übermittlung eine Rolle spielt, sind sie führend.

Die Nachfrage nach Halbleitern ist in den vergangenen Jahren im Zuge der Digitalisierung und Transformation deutlich gestiegen. Während weltweit die meisten Chips in Handys und Computern eingebaut werden, sind für Europa die wichtigsten Abnehmerindustrien mit in Summe über 60 Prozent der Automobilbau sowie der Anlagen- und Maschinenbau (Abbildung 1). Der Bedarf an Chips wird weltweit steigen und dürfte sich laut einer Studie des Verbandes Deutscher Maschinen- und Anlagenbau e. V. (VDMA 2023) beispielsweise im Industriesektor bis 2030 in Europa verdoppeln.

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Absicherung einer komplexen Wertschöpfungskette

Die Wertschöpfungskette in der Mikroelektronik ist komplex und international verflochten (Kasten 1 und Abbildung 2). Die Herstellung von Mikrochips kann mehrere 1.000 Einzelschritte umfassen, dauert im Regelfall mehrere Monate und findet weltweit an unterschiedlichen Standorten statt.

Innerhalb der Wertschöpfungskette bestehen starke internationale Abhängigkeiten. Aktuell rücken Halbleiter und Fertigungsanlagen für Halbleiter vermehrt in den Fokus geopolitischer Spannungen oder sind von Handelssanktionen und Exportkontrollen betroffen. Das birgt Risiken innerhalb der Lieferketten und kann Auswirkungen auf die Anwenderindustrien haben: In einem Auto sind beispielsweise oft über 1.000 Mikrochips verbaut. Fehlt in der Produktion eine Komponente zur Steuerung eines Fensterhebers, kann das Auto nicht fertiggestellt und verkauft werden.

In Anbetracht der globalen Wertschöpfungskette in der Mikroelektronik und der Komplexität der Beschaffungs- und Produktionsprozesse stellt die Etablierung der nachhaltigen Wertschöpfung eine besondere Herausforderung für die Unternehmen dar. Diese ökologische Transformation der Mikroelektronikbranche ist notwendig, weil sie als Schlüsseltechnologie für die nachgelagerten Anwenderbranchen entscheidend ist. Sie hat bereits begonnen und beinhaltet u.a. ressourcensparende Produktionsprozesse inkl. der Vorstufen, ökologische Lieferketten, die Kreislaufwirtschaft der Produkte und die Etablierung der Klimaneutralität in der Produktion.

Die Mikroelektronikindustrie spielt also eine Schlüsselrolle für etliche Wirtschaftszweige, die auf die Verfügbarkeit ihrer Produkte angewiesen sind. Im Falle krisenhafter Entwicklungen und Lieferkettenstörungen wären nicht nur die Halbleiterindustrie selbst, sondern auch viele nachgelagerte Wirtschaftszweige, vor allem der Dienstleistungssektor, und nahezu alle Bereiche des gesellschaftlichen Lebens betroffen. Die Absicherung der Lieferketten und der Bedarfe der Anwenderindustrien steht deshalb im Zentrum der Überlegungen bei aktuellen politischen Maßnahmen. Und das weltweit.

Weltweiter Chipwettlauf

Seit 2022 kündigen führende Wirtschaftsregionen massive Investitionen in ihre Halbleiter- und Zulieferindustrien an. So sieht der US-amerikanische US CHIPS and Science Act vom August 2022 ein Gesamtinvestitionsvolumen von 200 Milliarden US-Dollar durch direkte Zuschüsse, öffentliche Darlehen und Steuergutschriften vor. Japan kündigte staatliche Investitionszuschüsse in Höhe von ca. 13 Milliarden US-Dollar an und China brachte im Dezember 2022 einen Investitionsplan mit etwa 143 Milliarden US-Dollar auf den Weg. Durch eine geplante Förderquote von 20 Prozent peilt China damit Investitionen in Höhe von mindestens 715 Milliarden US-Dollar an. Südkorea gewährt Steuergutschriften und strebt damit bis 2047 ein Investitionsvolumen von 433 Milliarden US-Dollar an. Taiwan verfolgt ein ähnliches Modell.

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Vor diesem Hintergrund sind für Europa Investitionen in moderne Chipfabriken und die Halbleiterindustrie entscheidend, um technologisch mit anderen Weltregionen Schritt halten zu können. Die Europäische Kommission hat mit dem im September 2023 in Kraft getretenen European Chips Act ein Instrument geschaffen, um Europas Wettbewerbsfähigkeit zu stärken. Das Maßnahmenpaket zielt darauf ab, neue Fertigungskapazitäten aufzubauen sowie moderne Chipfabriken anzusiedeln.

Gemeinsam mit der Europäischen Kommission und der Industrie arbeitet das Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK) daran, technologische Innovationen zu fördern, um im weltweiten Chipwettlauf mit den außereuropäischen Akteuren auf Augenhöhe agieren zu können. Ziel ist, eine technologisch führende Position Europas aufzubauen. Dafür sollen neue Fabriken und Produktionsanlagen gebaut werden, um Kapazitätsengpässe abzufedern und Lieferketten zu diversifizieren. Investitionen in die europäische Halbleiterproduktion helfen, die Versorgungssicherheit zu erhöhen.

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Staatliche Förderung im europäischen Schulterschluss

In Europa werden unterschiedliche Beihilfeinstrumente genutzt, um die Resilienz der Lieferketten zu stärken (Abbildung 3).

Mit dem europäischen Beihilfeinstrument „Important Projects of Common European Interest“ (IPCEI) erlaubt die Europäische Kommission den EU-Mitgliedstaaten die Förderung hochinnovativer Forschungs- und Entwicklungsprojekte bis zur ersten Industrialisierung. Gemeinsam wird die wirtschaftliche und technologische Souveränität Europas vorangetrieben und die Wettbewerbsfähigkeit gestärkt. Durch Konsortien und internationale Partnerschaften entsteht ein Mehrwert für die gesamte Europäische Union.

Das BMWK hat 2017 das zum damaligen Zeitpunkt erste IPCEI Mikroelektronik (IPCEI ME) mit Frankreich, Italien und Großbritannien (später Österreich) gestartet. Mit rund einer Milliarde Euro Förderung wurden in Deutschland hochmoderne Chipfabriken und Reinräume gebaut, neue Produktionsanlagen in Betrieb genommen und fortschrittliche Sensorsysteme, energieeffiziente Leuchtdioden und leistungsfähige Chips entwickelt. Dadurch wurden rund 2.500 Arbeitsplätze geschaffen und 350 neue Patente angemeldet.

Einen starken europaweiten Effekt verspricht nun auch die Förderung innerhalb des IPCEI „Mikroelektronik und Kommunikationstechnologien“ (IPCEI ME/KT), das im Juni 2023 von der Europäischen Kommission genehmigt wurde: Zwanzig europäische Staaten haben sich zusammengeschlossen, um die europäische Mikroelektronik zu stärken. In Deutschland investieren Bund und Länder rund vier Milliarden Euro, um zukunftsweisende Technologien bis zur Marktreife zu entwickeln. Die staatliche Förderung minimiert die finanziellen Risiken für Unternehmen und macht innovative Forschungsergebnisse nutzbar.

Im IPCEI ME/KT werden in Deutschland bislang 28 Projekte entlang der gesamten Wertschöpfungskette gefördert (Abbildung 4). Bis Ende 2029 werden die technologischen Innovationen umgesetzt: von Hochleistungselektronik mit neuen Verbindungshalbleitern über Mikrosystemtechnik in ausgereiften Technologieknoten bis zu Kommunikations- und KI-Anwendungen in „Leading Edge“. Innerhalb des IPCEI ME/KT sollen europaweit über 8.000 Arbeitsplätze in der Halbleiterindustrie geschaffen werden, davon 3.200 in Deutschland. Weitere 40.000 Jobs sind in Europa im lokalen Umfeld sowie bei Lieferanten und in nachgelagerten Industrien zu erwarten.

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Fazit: Förderung als Investition in eine Industrie der Zukunft

Die Nutzung von erneuerbaren Energien, das Bereitstellen von öffentlicher Versorgungs- und Mobilitätsinfrastruktur sowie die Elektrifizierung des Individualverkehrs beruhen auf der vermehrten Nutzung von mikroelektronischen Systemen. Ebenso werden die Maßnahmen zur Digitalisierung der Zukunft in den Bereichen Vernetzung, Kommunikation und Datenverarbeitung noch stärker als heute durch die Mikroelektronik dominiert. Neben den technologischen Vorteilen bieten die Investitionen auch erhebliche direkte wirtschaftliche Vorteile. Nicht nur die geförderten Unternehmen profitieren davon, sondern auch die Bauindustrie, Hersteller von Produktionsanlagen, Dienstleister und Zulieferer. Die Investitionen sollen die Wirtschaft weit über den initialen Einsatz hinaus stimulieren, zusätzliche Einnahmen und Arbeitsplätze schaffen sowie die Widerstandsfähigkeit gegenüber zukünftigen Herausforderungen, wie z. B. Lieferkettenstörungen vor dem Hintergrund geopolitischer Spannungen, erhöhen.