The Active Share Podcast: Sind Mikrochips das neue Öl?

Mikrochips sind die Bausteine der modernen Wirtschaft, aber was sind die geopolitischen Auswirkungen dieses neuen Machtakteurs? In dieser Folge von The Active Share spricht William Blair IM Aktienstratege Hugo Scott-Gall mit Chris Miller, Professor an der Tufts University und Autor des Buches "Chip War: The Fight for the World's Most Critical Technology", über den jahrzehntelangen, weltumspannenden Kampf um die Kontrolle einer der wichtigsten Ressourcen der Welt.

Die Kommentare sind bearbeitete Auszüge aus unserem Podcast, den Sie unten in voller Länge anhören können.

Warum haben Sie sich entschlossen, jetzt eine Geschichte über Mikrochips zu schreiben?

Chris Miller: Ich bin von Haus aus russischer Historiker. Ursprünglich wollte ich ein Buch über den technologischen Wandel der Militärmacht schreiben. Es war mir ein Rätsel, dass die Sowjetunion während des Kalten Krieges in der Lage war, Atomwaffen und Raketen zu produzieren, aber nicht in der Lage war, Militärtechnologie zu entwickeln, die das Gleichgewicht der Kräfte verändert hätte.

Je mehr ich mich mit diesem Wandel in der Militärtechnologie beschäftigte, desto klarer wurde mir, dass der Kern dieses globalen Machtwechsels in den Halbleitern lag, den winzigen Bauteilen, die uns eine Miniaturisierung der Rechenleistung ermöglichen.

Bei meinen Nachforschungen erfuhr ich, dass die ersten Halbleiter während des Kalten Krieges für Raketenleitsysteme entwickelt wurden. Man brauchte eine kleine Recheneinheit, die auf die Nase einer Rakete passte. Seitdem besteht eine enge Beziehung zwischen der Entwicklung militärischer Macht und der Entwicklung von Computerkapazitäten, sowohl in den Vereinigten Staaten als auch weltweit.

Die meisten Menschen verstehen den Zusammenhang zwischen geopolitischer Macht und der Kontrolle von Energie. Warum wird den Mikrochips weniger Bedeutung beigemessen als der Energie?

Miller: Ich würde so weit gehen zu sagen, dass Chips politisch einflussreicher sind als Öl. Wenn man sich den Produktionsprozess ansieht, ist die Konzentration in der Chipindustrie höher als in der Ölindustrie. Saudi-Arabien produziert 10 bis 15 % des weltweiten Erdöls; Taiwan produziert 90 % der modernsten Halbleiter der Welt.

In anderen Teilen der Chip-Lieferkette ist die Konzentration sogar noch größer, was zu einer Preisgestaltungsmacht für die Unternehmen und zu politischer Macht für die Länder führt, die sie kontrollieren können.

Das Ausmaß, in dem Chips die Bausteine der modernen Wirtschaft bilden, ist uns nicht bewusst, weil die meisten von uns nie einen Chip zu Gesicht bekommen, obwohl wir täglich mit ihnen arbeiten. Wenn Sie nicht gerade Ihr Smartphone oder Ihren Geschirrspüler auseinander nehmen, sehen Sie die Chips im Inneren nicht.

Was sind Chips in der einfachsten Form?

Miller: Ein Chip ist ein Stück Silizium, in das winzige Schaltkreise eingearbeitet sind. Man kann die Rechenleistung eines Chips grob gesagt anhand der Anzahl der Transistoren messen, die in ihn eingearbeitet sind. Der Hauptchip in einem iPhone hat 15 Milliarden Transistoren, von denen jeder so groß ist wie ein Virus. Und diese Transistoren schalten sich regelmäßig ein und aus.

Wenn sie eingeschaltet sind, erzeugen sie eine Eins. Wenn sie ausgeschaltet sind, erzeugen sie eine Null. Das sind die Einsen und Nullen, die allen Computersystemen zugrunde liegen. Ohne die Chips, die das Rechnen für uns übernehmen, gäbe es keine moderne Computertechnik.

Was sind die verschiedenen Arten von Chips?

Miller: Man kann die Chips in drei Hauptkategorien einteilen. Es gibt die Arten von Chips, die Daten verarbeiten. Das sind die Hauptchips in Ihrem Smartphone, die oft als Zentraleinheiten (CPUs) bezeichnet werden. Es gibt Chips, die sich Daten merken und sie über kurze oder lange Zeiträume speichern; auch diese Chips finden Sie in Ihrem Telefon und PC. Die dritte Kategorie von Chips sind analoge Chips, die Signale aus der realen Welt aufnehmen und in Einsen und Nullen umwandeln.

Was braucht man, um Chips herzustellen?

Miller: Um einen modernen Chip mit 15 Milliarden Transistoren herzustellen, braucht man präzise Fertigungsanlagen.

Man beginnt mit dem Entwurf, für den man eine ultrapräzise Software benötigt. Dann braucht man Fertigungswerkzeuge, die ein rundes Stück Silizium, einen so genannten Wafer, aufnehmen. Es wird in einem bestimmten Muster mit Licht bestrahlt. Das Licht reagiert mit Chemikalien, um Formen in das Silizium zu ritzen, und diese Formen werden nach mehrfacher Wiederholung dieses Prozesses zu Transistoren. Anschließend verwendet man diese Werkzeuge mit hochspezialisierten und gereinigten Chemikalien, um Chips herzustellen.

Wie kam es zur Entstehung der Chipindustrie und was waren die Beweggründe?

Miller: Bevor die ersten Halbleiter erfunden wurden, gab es nur einfache Computer, deren Leistungsfähigkeit auf sogenannten Vakuumröhren beruhte, die wie Glühbirnen aussahen.

Diese Röhren brannten regelmäßig durch, ließen sich nicht miniaturisieren und hatten nur einen Bruchteil der Rechenleistung eines heutigen iPhones. Der Drang des Militärs, Wege zu finden, die Rechenleistung zu verkleinern, um sie in Waffensystemen einsetzen zu können, war der Auslöser für die Finanzierung der ersten Halbleiterfirmen.

Wenn man sich die Leute ansieht, die die ersten Chips erfunden haben, stellt man fest, dass die wirklich führenden Köpfe wissenschaftliche Kompetenz mit wirtschaftlichem Denken verbanden. Man braucht brillante Wissenschaftler und Ingenieure, aber man braucht auch Leute, die wissen, wohin sich der Markt entwickeln wird.

Bob Noyce, der Gründer von Fairchild Semiconductor und später von Intel, war einer derjenigen, die den ersten Halbleiter erfanden. Sein eigentliches Fachwissen lag nicht so sehr in der Wissenschaft, sondern darin, zu verstehen, wie sich die Technologie weiterentwickeln und neue Märkte erschließen könnte. In ähnlicher Weise erkannte der CEO von Texas Instruments, Pat Haggerty, dass Chips, die kleiner und leistungsfähiger geworden waren, weit über Großrechner hinaus eingesetzt werden konnten.

Auch die Chipindustrie hat sich seit ihren Anfängen gewandelt. Als die ersten Chips erfunden wurden, kaufte das Pentagon fast alle Chips. Heute wird nur noch ein bestimmter Prozentsatz der weltweit hergestellten Chips im Verteidigungsbereich eingesetzt; die meisten gehen in zivile Anwendungen.

Während des Kalten Krieges erkannte die Sowjetunion, dass sie militärisch zurückgefallen waren und ihren Rückstand aufholen musste. Warum ist es ihr nicht gelungen, die amerikanische Chipindustrie zu kopieren? Warum war Japan dann erfolgreich?

Miller: Das Scheitern der Sowjetunion ist ein interessantes Rätsel, denn die Sowjets hatten brillante Physiker, ein außergewöhnliches Bildungssystem, eine Menge Kapitalinvestitionen und einen großen Militärmarkt, genau wie die Vereinigten Staaten.

Aber sie verfügten weder über einen Verbrauchermarkt noch über eine internationale Lieferkette.

US-Firmen konnten nach Europa und Japan verkaufen und Ausrüstungen und Materialien von den besten Unternehmen der industrialisierten Welt erwerben. Russland versuchte, alles allein zu schaffen, eine schlechte Strategie, da die sowjetische Wirtschaft nur einen kleinen Anteil am weltweiten Bruttoinlandsprodukt (BIP) ausmachte.

Von Anfang an versuchten die Sowjets, Chips zu kopieren, eine ineffektive Strategie in einer Branche, in der sich der Fortschritt exponentiell verbessert. Aufgrund des Anstiegs der Verarbeitungsleistung waren die kopierten Chips der Sowjets technologisch um Jahre zurück, und sie waren nie in der Lage, eine lebensfähige Chipindustrie aufzubauen.

Die japanischen Unternehmen waren jedoch erfolgreich, weil sie die besten Geräte aus den Vereinigten Staaten und Europa erwerben konnten. Sie verkauften an die Weltmärkte und zeigten, dass es möglich ist, aufzuholen. Aber das ist nur möglich, wenn man tief in die globalen Märkte integriert ist und nicht versucht, dies im eigenen Land zu tun.

Wie kam es zum Aufstieg Taiwans zur Mikrochip-Macht?

Miller: Obwohl es weit vom Silicon Valley entfernt ist, waren die beiden Standorte eng miteinander verwoben. In den 1960er-, 1970er- und 1980er-Jahren gab es Dutzende einflussreicher taiwanesischer Technologieführer im Silicon Valley und viele taiwanesische Studenten, die in Stanford und an der UC Berkeley studierten.

Diese Verbindung erklärt, warum die taiwanesische Regierung begann, neue Unternehmen in der Chipindustrie zu gründen. Sie bot Morris Chang, einem Geschäftsmann, der seine Karriere in den 1950er, 1960er und 1970er Jahren bei Texas Instruments verbracht hatte, Geld für die Gründung eines neuen Halbleiterunternehmens an. Chang gründete die Taiwan Semiconductor Manufacturing Company (TSMC), die heute der größte Chiphersteller der Welt ist.

Vor der Gründung von TSMC entwarfen und fertigten fast alle Unternehmen ihre Chips selbst, doch Chang wollte diese beiden Prozesse trennen. Er sagte: "Ich werde mich auf die hochpräzisen Fertigungsprozesse konzentrieren. Dann kann ich diese Dienstleistungen an verschiedene Chip-Unternehmen verkaufen, die dann nur noch Chips entwerfen müssen."

Infolgedessen brauchten Chipdesign-Start-ups keine teure Ausrüstung zu kaufen. Sie konnten einfach ein paar Designer einstellen und ihre Entwürfe zu TSMC zur Fertigung bringen. Diese Verlagerung des Geschäftsmodells erwies sich als bemerkenswert erfolgreich.

Wir wissen, dass Chips strategisch wichtig sind, aber warum ist es so schwer, in der Branche Fuß zu fassen?

Miller: Wenn es um die Herstellung von Chips und Werkzeugen geht, sind die Kapitalinvestitionen enorm.

Auch das Personal ist entscheidend, und man braucht Leute, die wissen, wie die Prozesse funktionieren. Die Unternehmen, die in der Branche eine große Rolle spielen, wurden fast alle von Leuten gegründet, die mehrere Jahrzehnte lang die Zähne zusammengebissen haben.

Außerdem muss man eine Nische in einer sehr komplexen Lieferkette finden, was es für neue Unternehmen schwierig macht. Die Unternehmen in der Halbleiter-Lieferkette planen ihre Forschung und Entwicklung (F&E) über fünf oder zehn Jahre.

Und sie planen ihre F&E, weil sie bereits wissen, wer ihre Kunden sein werden, denn es gibt nur eine kleine Anzahl von Unternehmen in dieser Branche.

Wenn Sie ein Werkzeughersteller sind, müssen Sie sicherstellen, dass Ihre Werkzeuge für die Fertigung von Intel, TSMC oder Samsung geeignet sind, denn sie werden Ihre größten Kunden sein. Die Werkzeughersteller und die Chiphersteller entwickeln ihre Technologie im Wesentlichen gemeinsam.

Das Gleiche gilt für die Chipdesigner. Sie sind eng miteinander verflochten, was es einem neuen Unternehmen schwer macht, in das Geschäft einzusteigen, weil es keine Glaubwürdigkeit oder bestehende Beziehungen hat.

Wir haben festgestellt, dass es schwierig ist, eine Chipindustrie von Grund auf aufzubauen. Warum will China es versuchen?

Miller: China hat eine Reihe von Vorteilen. Es wird eine Menge Geld ausgeben. Es hat eine bedeutende Elektronikindustrie. Viele Smartphones und PCs werden in China zusammengebaut, was bedeutet, dass China in diesem Prozess viele Chips erwirbt.

Aber obwohl das Land eine beträchtliche Anzahl von Chips produziert, sind sie fast alle von geringem Wert und geringer Leistungsfähigkeit.

Außerdem kann ein hochmoderner Chip nicht ausschließlich mit chinesischen Produkten hergestellt werden, so dass es für China schwer sein wird, eine annähernde Selbstversorgung zu erreichen.

Schauen Sie sich nur die Vereinigten Staaten an, die zwar der weltweit größte Akteur in der Chipindustrie sind, aber nicht in der Lage, durchgängig modernste Chips zu produzieren. Wenn die Vereinigten Staaten es nicht schaffen, ist es schwer vorstellbar, dass die Chinesen es schaffen werden

Wie wirkt sich der Machtkampf zwischen den Vereinigten Staaten und China auf die Produktionskapazitäten Taiwans aus?

Miller: Das ist die große Frage, die die Chip- und Elektronikindustrie derzeit umtreibt. Kürzlich haben die Vereinigten Staaten Schritte unternommen, um den Transfer von Chipherstellungstechnologie nach China einzuschränken, und mehrere große US-Elektronikunternehmen reduzieren ihre Abhängigkeit von der chinesischen Produktion. Die Herausforderung für Taiwan besteht darin, dass die politischen Spannungen in militärische Spannungen umschlagen könnten.

Eine Unterbrechung von Taiwans Fähigkeit, Chips zu exportieren, hätte schwerwiegende Folgen.

Miller: Die Smartphone-Produktion würde weltweit fast auf Null sinken. Das hätte auch Auswirkungen auf alle Arten von elektronischen und verarbeiteten Gütern wie Autos, Geschirrspüler, Mikrowellen, Kaffeemaschinen und Flugzeuge.

Zwar müssen nicht alle diese Chips in Taiwan hergestellt werden, aber das Land produziert fast alle der modernsten Prozessorchips und mehr als ein Drittel der Rechenleistung, die jedes Jahr weltweit hinzukommt.

Wenn wir den Zugang zu einem Drittel dieser Rechenleistung verlieren würden, könnte dies zum schlimmsten Rückgang der weltweiten Produktion seit der Großen Depression führen.

Werden bestimmte Wirtschaftsblöcke versuchen, so viel wie möglich innerhalb ihrer geografischen Grenzen zu erzeugen?

Miller: Wenn man die sich ändernden Investitionsmuster von Technologieunternehmen untersucht, dann ziehen sie fast überall hin außer nach China.

Ich denke, dass die Tech-Industrie eine "Entchinaisierung" durchführt. Wir erleben eine Zweiteilung der Lieferketten, eine mit Schwerpunkt China und eine mit Schwerpunkt auf dem Rest der Welt.

Ich denke, dass der Wirtschaftsblock, den die Vereinigten Staaten zu bilden versuchen, auch Europa, Japan, Südkorea, Indien und andere Teile Südostasiens einschließt.

Für China ist das eine echte Herausforderung. Wenn chinesische Technologieunternehmen nur in China und einigen wenigen anderen Schwellenländern tätig sein können, ist das keine sehr attraktive Zukunft für sie.

Werden wir in 10 Jahren immer noch darüber staunen, wie viel mehr Chips können als noch vor 10 Jahren?

Miller: Wir stehen am Anfang einer revolutionären Entwicklung im Chipdesign.

Im Bereich der künstlichen Intelligenz (KI) haben wir gesehen, dass sich die Algorithmen von den traditionellen CPUs und Rechenzentren zu den Grafikprozessoren (GPUs) verlagern, die anders strukturiert und konzipiert sind. Es geht nicht darum, dass sie mehr Transistoren haben, sondern darum, dass sie die Transistoren auf intelligentere Weise nutzen.

Ich glaube, wir fangen gerade erst an zu verstehen, wie die zukünftige Architektur des Chipdesigns aussehen wird.