Digitaler Zwilling und IoT Bosch: Die doppelte Chipfabrik von Dresden

Künstliche Intelligenz steuert die neue Chipfabrik von Bosch in Dresden und wertet die per IoT erfassten Datenmassen aus der Produktion aus. Dabei existiert das Halbleiterwerk doppelt: Alle relevanten Bauwerksdaten sind digital erfasst.

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Silizium-Wafer: Sie werden von Bosch am Standort in Dresden vollautomatisiert gefertigt. Das Besondere an der Chipfabrik: Sie exisitert sowohl rein digital und in der realen Welt.
Silizium-Wafer: Sie werden von Bosch am Standort in Dresden vollautomatisiert gefertigt. Das Besondere an der Chipfabrik: Sie exisitert sowohl rein digital und in der realen Welt.
(Bild: Bosch)

So eine Eröffnung gehört weder in der Politik noch in der Wirtschaft zum Alltag: Am 7. Juni hat Bosch offiziell seine Chip-Produktion am Standort in Dresden in Betrieb genommen. Dabei können sich die Eckdaten durchaus sehen lassen. Bosch hat rund eine Milliarde Euro investiert und ist bereits ein halbes Jahr früher fertig als geplant.

Die Produktion startet bereits einen Monat später im Juli und die produzierten Halbleiter sollen in Bosch-Elektrowerkzeugen zum Einsatz kommen. Zum Start arbeiten 250 Menschen auf einer Fläche von 72.000 m² in der Anlage. Bis zur Endausbauphase sollen einmal 700 Mitarbeiter Chips fertigen.

Künstliche Intelligenz und IoT vereint

Bosch vereint in seinem modernen Halbleiterwerk künstliche Intelligenz mit dem Internet der Dinge (IoT). Konkret bedeutet das: Alle Daten der Halbleiterfabrik, begonnen von den Anlagen über die Sensoren und Produkten, werden in einem zentralen Datenspeicher gesammelt. Im Werk entstehen so in der Sekunde Produktionsdaten mit einem Umfang von umgerechnet 500 Textseiten. An einem Tag entspricht das mehr als 42 Mio. beschriebener Blätter.

Die gesammelten Daten werden anschließend mit Methoden der künstlichen Intelligenz (KI) ausgewertet. Selbstoptimierte Algorithmen lernen dabei, aus den Daten Vorhersagen abzuleiten. So lassen sich Fertigungs- und Wartungsvorgänge in Echtzeit analysieren. Ein KI-Algorithmus erkennt beispielsweise selbst kleinste Auffälligkeiten an den Produkten, die durch spezifische Fehlerbilder, sogenannte Signaturen, auf den Wafern sichtbar werden. Die Ursachen werden sofort analysiert und Prozessabweichungen umgehend korrigiert, noch bevor sie die Zuverlässigkeit des Produktes beeinflussen können.

Digitaler Zwilling – die doppelte Chipfabrik

Das wiederum führt zu einem schnellen Serienstart von Halbleiterprodukten und erspart Kunden aufwendige Erprobungen, wie sie sonst beispielsweise in der Automobilindustrie zur Freigabe einer neuen Fertigung notwendig sind. Auch Wartungsarbeiten lassen sich mit künstlicher Intelligenz optimieren. Algorithmen können präzise Vorhersagen treffen, ob und wann eine Fertigungsmaschine oder ein Roboter gewartet oder nachjustiert werden muss. Die Arbeiten finden also nicht nach einem starren Plan statt, sondern genau dann, wenn sie erforderlich sind – und rechtzeitig, bevor es zu Problemen kommt.

Eine weitere Besonderheit des Halbleiterwerks ist, dass sie doppelt existiert. Einmal in der realen Welt und einmal in der digitalen. Alle Teile der Fabrik und alle relevanten Bauwerksdaten des kompletten Halbleiterwerkes wurden dafür bereits während der Bauphase digital erfasst und in Form eines dreidimensionalen Modells visualisiert.

Eine halbe Million 3D-Objekte

Der digitale Zwilling besteht aus rund einer halben Million 3D-Objekten – von Gebäuden und Infrastruktur, über Ver- und Entsorgungsanlagen, Kabeltrassen und Lüftungssystemen bis zu den Maschinen und Fertigungsanlagen. Damit lassen sich Prozessoptimierungen, aber auch Umbauarbeiten simulieren, ohne in die laufende Fertigung einzugreifen.

Auch bei Wartungsarbeiten in der Dresdner Fabrik kommt High-Tech zum Einsatz: Denn via Datenbrille und Augmented Reality lassen sich Maschinen sogar aus der Ferne warten. Damit können Wartungsarbeiten in Dresden von dem Spezialisten eines Anlagenherstellers in Asien erledigt werden, ohne dass dieser vor Ort sein muss. Die Kamera der Datenbrille überträgt Videobilder einmal um die halbe Welt, der Experte dort führt den Mitarbeiter in Dresden dann in Echtzeit durch den Wartungsprozess.

Anspruchsvolle Halbleiter für Fahrzeuge

„Chips für Fahrzeuge sind die Königsdisziplin der Halbleitertechnik. Denn im Auto müssen die kleinen Bausteine besonders widerstandsfähig sein“, sagte Harald Kröger, Geschäftsführer Robert Bosch. So sind die Chips über die gesamte Dauer eines Fahrzeuglebens starken Vibrationen und Temperaturschwankungen ausgesetzt – mal weit unter dem Gefrierpunkt, mal weit über dem Siedepunkt von Wasser.

Das bedeutet höhere Anforderungen an die Zuverlässigkeit der Chips. Die Entwicklung automobiler Halbleiter ist daher aufwendiger als in anderen Anwendungen. Hier ist spezifisches Know-how gefragt, das sich Bosch über Jahrzehnte aufgebaut hat. Die Entwickler und Ingenieure verstehen die physikalischen Prinzipien der mikroelektronischen Bauteile im Fahrzeug. Damit werden komplette Systeme für den automobilen Unfall- und Umweltschutz möglich, die das Unternehmen ebenso entwickelt und fertigt – und das aus einem Guss.

Halbleiterfertigung bei Bosch

Bosch fertigt elektronische Bauelemente für Fahrzeuge sowie die Konsumenten- und Unterhaltungselektronik. Dazu gehören: mikroelektromechanische Systeme (MEMS) wie Beschleunigungs-, Druck-, Drehraten-, Umwelt-, Massefluss- und Magnetfeldsensoren, anwendungsspezifische Schaltungen (ASICs) und Leistungshalbleiter.

Fertigungsstandorte:
Reutlingen (150-mm- und 200-mm-Technologie)
Dresden (300-mm-Technologie)

Bosch hält mehr als 1 500 Patente und Patentanmeldungen im Bereich der Halbleitertechnologie, 1.000 davon für die MEMS-Technik.

Die MEMS-Sensoren, integrierte Schaltungen und Leistungshalbleiter fertigt das Unternehmen für den Eigenbedarf. Große Teile des Portfolios werden auch am freien Markt angeboten.

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