Mit zunehmender Digitalisierung und steigender Nachfrage kommt es seit 2021 verstärkt zu anhaltenden Lieferengpässen bei Halbleitern. Neue Produktionskapazitäten können nicht so schnell beschafft werden und der Ausbau bestehender Kapazitäten ist ebenfalls nicht in dem Maße möglich, wie die Nachfrage steigt. Mehrere Hundert bis weit über tausend weltweit verteilte Fertigungsschritte über einen längeren Zeitraum sind für die Herstellung von Halbleitererzeugnissen nötig. Störungen in den Lieferketten und globale sowie geopolitische Ereignisse erschweren die Planung und behindern die Produktion. Auch Themen wie Nachhaltigkeit und Sorgfaltspflichten in den Lieferketten stellen insbesondere europäische Unternehmen vor neue Herausforderungen.

Die Halbleiterbranche ist besonders gefordert: Hier gibt es nur wenige, aber hochspezialisierte Wertschöpfungspartner mit sehr komplexen Produktionsprozessen. Die Planung und Steuerung dieser Prozesse sind extrem aufwendig und mit hohen Kosten verbunden. Die Gestaltung von besonders resilienten, nachhaltigen, adaptiven und kapazitätseffizienten Prozessen stellt eine zusätzliche Herausforderung dar. Kartellrechtliche Anforderungen erschweren darüber hinaus den Datenaustausch zwischen den international agierenden Unternehmen.

Hier setzt das Projekt „Semiconductor-X“ mit der Entwicklung von Digitalisierungsstrukturen und -lösungen an. Es basiert auf den Vorarbeiten des Projekts Catena-X, welches derartige Herausforderungen für die Lieferketten in der Automobilindustrie adressiert hat und in welchem innovative Lösungsansätze für den kollaborativen Datenaustausch entstanden sind. Ziel des Projektes ist es, digitale Zwillinge für die Halbleiterindustrie zu entwickeln, welche die Liefer- und Wertschöpfungskette digital abbilden und den souveränen und sicheren Datenaustausch inkl. deren Anschlussfähigkeit an weitere Wertschöpfungspartner ermöglichen.

In mehreren Anwendungsclustern werden Lösungen für sicheren und effizienten Datenaustausch zwischen den Partnern einer Fertigungskette entwickelt. Ein Schwerpunkt bildet den Aufbau belastbarer Wertschöpfungsketten für die Chiplet-Produktion durch die heterogene Integration, insbesondere bei der Montage von komplexen IC-Packages. Es wird weiterhin der Grundstein für neue digitale Services sowie Kooperationsmodelle für einen optimierten Betrieb und zur Steigerung der Qualität im Fertigungsprozess gelegt. Ziel ist es die Partner über resiliente Netzwerkknoten zu vernetzen, welche es ermöglichen, in Krisensituationen die Betriebs- und Lieferfähigkeit zu erhalten. Hierfür werden digitale Tools und Hilfsmittel auf Basis von Digitalen Zwillingen entwickelt. Dazugehörige Datenmodelle und Open Source Softwarelösung sowie deren Bereitstellung im Datenökosystem sind ebenfalls Bestandteil des Projektes. Außerdem werden Fragestellungen zur Nachhaltigkeit bearbeitet. Unter anderem soll eine Methode zur Ermittlung und Optimierung des CO2-Fußabdruckes einschließlich Energie- und Wasserverbrauchs entlang der gesamten Wertschöpfungskette entwickelt werden. Für den souveränen Austausch von Informationen und für Regelwerke für den gesicherten und gefilterten Zugriff auf interne Datenbanken der Partner werden technische Lösungen bereitgestellt.

Das Projekt wird vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz im Rahmen des Förderprogramms Manufacturing-X mit EU-Mitteln (DARP) gefördert. Dabei geht es insgesamt um die Förderung konkreter technologischer Beiträge für den Aufbau eines branchenübergreifenden Datenökosystems. Die Halbleiterindustrie nimmt hier eine Schlüsselrolle ein. Sie ist ein zentraler Baustein der Wertschöpfungskette für zahlreiche andere Industrien, in denen Halbleiterprodukte verwendet werden.

Sonja Pierer, Country Managerin Intel Deutschland: „Die geplanten Fabriken in Magdeburg zeigen auch mit diesem Projekt eine Sogwirkung und zeigen auf, wie wichtig und relevant der F&E Bereich für die Standortentscheidung war. Wir freuen uns mit dem IFF einen starken Partner an der Seite zu haben um gemeinsam mit allen Beteiligten dieses Projekt erfolgreich umzusetzen“.

„Die Halbleiterindustrie liefert Schlüsseltechnologien für die deutsche und die europäische Wirtschaft. Die mit dem Projekt Semiconductor X angestrebte Digitalisierung der gesamten Wertschöpfungskette wird Herstellern wie Intel, der Zulieferindustrie und den Unternehmen der nachgelagerten Industrien zu mehr Resilienz in der gesamten Lieferkette und zu einem effizienteren Einsatz von wertvollen Ressourcen verhelfen. Der sichere Datenaustausch bei gleichzeitiger Datensouveränität eröffnet zudem neue Möglichkeiten der Zusammenarbeit und die Entstehung innovativer Geschäftsmodelle,“ sagt Prof. Dr. Julia Arlinghaus, Institutsleiterin des Fraunhofer IFF.

Das Fraunhofer IFF ist Technologiepartner für Industrieunternehmen, die ihre Prozesse und Anlagen mittels digitaler Lösungen nachhaltig und resilient gestalten wollen. Neben dem Fraunhofer IFF sind weitere Fraunhofer-Institute an dem Projekt beteiligt. Sie alle bringen wissenschaftliche Kompetenz und die Erfahrung aus vielen gemeinsamen Forschungsprojekten mit den Projektpartnern ein.

Die meisten der Konsortialpartner sind aber Industrieunternehmen, die konkrete Herausforderungen und Bedarfe adressieren. Die entwickelten Lösungen werden dort als erstes in die Anwendung überführt. Später sollen diese Lösungen auch auf andere Industriezweige anwendbar sein.

Folgende Partner sind an dem Projekt beteiligt:

• Intel Deutschland GmbH
• Fraunhofer-Gesellschaft (Fraunhofer IFF, Fraunhofer EMFT, Fraunhofer IIS, Fraunhofer IWU, Fraunhofer IZM)
• Infineon Technologies AG
• Elmos Semiconductor SE
• Merck Electronics KGaA
• SAP SE
• Robert Bosch Semiconductor Manufacturing Dresden GmbH
• DAS Environmental Expert GmbH
• Siemens AG
• HQ-Dielectrics GmbH
• OmegaLambdaTec GmbH
• Expo21XX GmbH
• OptWare GmbH
• Systema GmbH
• Hochschule für Technik und Wirtschaft Dresden