Raus aus der Chip-Falle Photonisch-elektronische Integration: „Wir können Weltmarktführer sein!“

Autor: Michael Eckstein

VDE-Experten sind sicher: Deutschland kann bei photonisch-elektronischen Chips zum Weltmarktführer in wichtigen Zukunftsmärkten wie der Kommunikation, Industrie 4.0 und Mobilität werden. Dazu müssten jedoch politisch rechtzeitig wichtige Weichen gestellt werden.

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Zukunftsträchtig: Hochintegrierte photonisch-elektronische Chips können in wichtigen Wanchstumsmärkten wie Internet of Things, Industrie 4.0, Autonomes Fahren oder Quantentechnologien zum Einsatz kommen.
Zukunftsträchtig: Hochintegrierte photonisch-elektronische Chips können in wichtigen Wanchstumsmärkten wie Internet of Things, Industrie 4.0, Autonomes Fahren oder Quantentechnologien zum Einsatz kommen.
(Bild: gemeinfrei / Pixabay )

Der derzeitige Chipmangel in der Automobilindustrie führt schonungslos die Abhängigkeit vieler Branchen unserer Industrie vor Augen. Gleichzeitig öffnet er aber auch den Blick für mögliche neue Chancen. So sieht beispielsweise der „Verband der Elektrotechnik Elektronik Informationstechnik e.V.“ (VDE) in der photonisch-elektronischen Integration, also dem Zusammenwachsen der Elektronik und Photonik großes Potential für den Industriestandort Deutschland – und Europa.

Keine Frage: Ohne Photonik, also der optischen Kommunikation, läuft bereits heute wenig – und in Zukunft weltweit nichts mehr. Durch die Integration von Elektronik und Photonik sind Anwendungen wie Internet of Things, Industrie 4.0, Autonomes Fahren oder Quantentechnologien – Stichwort Quantenkryptographie für hochsichere Kommunikation – überhaupt erst möglich. Denn die Mikroelektronik benötigt die Photonik in der Prozessortechnologie, der Datenkommunikation und der Sensorik als notwendige Ergänzung.

Photonik und Elektronik: Es wächst zusammen, was zusammen gehört

Der VDE ist deswegen überzeugt: Beide Technologien sind systemrelevant für den Wirtschaftsstandort Deutschland und Europa. Das Zusammenwachsen dieser beiden Disziplinen sei eine große Chance, erklärt der VDE anlässlich der Vorstellung seines neuen Positionspapiers zur Bedeutung der Photonik an die Politik: „Die photonisch-elektronische Integration ist derzeit weltweit im Interimszustand, noch sind alle Karten offen.“

Mit gezielten Förderprogrammen müssten daher photonisch-elektronisch integrierte Lösungen für Kommunikation und Sensorik in industriegeführten Verbundvorhaben erforscht und zur Anwendungsreife gebracht werden. „Mit einer starken Position in Forschung und Entwicklung stärken wir unsere Industrie und bauen damit unsere derzeit starke Position weiter aus“, appelliert der VDE weiter. Ziel müsse es sein, die technologische Souveränität in den beiden Schlüsseltechnologien Mikroelektronik und Photonik zu gewinnen und diese in neue Geschäftsmodelle zu überführen.

Europa braucht abgestimmte Industriestrategie: Japan macht es vor

Derzeit belegt Deutschland in der Photonik nach China, Japan und den USA Platz vier im internationalen Vergleich. Und diese Position gelte es für die Mikroelektronik zu nutzen. Allerdings fehle es Deutschland und Europa an Weitsicht, moniert der VDE. Die Japaner hätten einen 5-Jahresplan für fortschrittliche optische Übertragungstechniken aufgelegt, „den sie durchziehen, um ihre starke Position in der Photonik und Elektronik auszubauen und ihre Industrie fit für die Zukunft zu machen“, sagt Prof. Christian Schäffer, Autor des VDE Positionspapiers.

Der VDE fordert deshalb eine abgestimmte Industriestrategie für die Fertigung photonisch-elektronisch integrierter Mikrochips in Europa: „Wichtig ist es jetzt, Halbleiterhersteller für eine Volumenproduktion zu stärken.“ Deutschlands Industrie sei weltweit führend in der Leistungselektronik und in der Sensorik. Auch in der Photonik verfüge es über eine starke Position. Die „intelligente Kombination der Schlüsseltechnologien“ böte daher unserer Industrie die Chance, Weltmarktführer zu werden.

Mit neuen Kooperationen Jobmotor KMU fördern

Die Forderung des VDE an die Politik: Bessere steuerliche Förderung von Forschung und Entwicklung, eine angemessene Senkung der bei der Produktion anfallenden hohen Strom- und Wasserkosten, die Sicherstellung von Planungssicherheit von zukünftigen Produktionskosten sowie eine finanzielle Anschubförderung von Produktionsansiedlungen. „Sind wir in der photonisch-elektronischen Integration stark, hat unsere Industrie einen ganz anderen Verhandlungsspielraum auf einem globalisierten Weltmarkt“, so die Empfehlung des VDE, der die geopolitische Lage zunehmend schwieriger einschätzt.

Um den Wirtschaftsstandort zu fördern, regen die VDE-Experten weiter an, neue Kooperationsmodelle mit den führenden Halbleiterherstellern zu entwickeln, die insbesondere auch den Jobmotor Mittelstand und Forschungseinrichtungen befähigen, ihre innovativen Entwicklungen auf Basis aktueller Spitzentechnologien durchführen zu können.

Bei der optischen Kommunikationstechnik noch viel Luft nach oben

Die Photonikindustrie umfasst in Deutschland etwa 1000 Firmen mit mehr als 135.000 Mitarbeitern. Rund 50 Firmen sowie 20 Universitäten und Forschungseinrichtungen beschäftigen sich in Deutschland mit der optischen Kommunikationstechnik. Nach Ansicht des VDE gibt es hier noch viel Luft nach oben. Beispielsweise würde der Ausbau von Prototyping und Kleinserien-Fertigungskapazitäten die Markteinführung von Forschungsergebnissen beschleunigen.

Wenn die großen Herausforderungen vor allem in der Mikroelektronik gelöst werden könnten, seien die Voraussetzungen für eine internationale Führungsrolle in der photonisch-elektronischen Integration hervorragend, ist der VDE überzeugt – gerade in Zukunftsfeldern wie Kommunikation, Industrie 4.0 und Mobilität, in denen Deutschland traditionell tonangebend war und ist.

Milliardenmarkt Photonik bringt Höchstgeschwindigkeit in die digitale Welt

Für die Digitalisierung von Wirtschaft und Gesellschaft ist die effiziente Informationsverarbeitung, -verteilung und -speicherung essenziell. Integrierte photonische Transceiver bieten gegenüber elektronischen Transceivern viele Vorteil, zum Beispiel in Punkto erreichbare Datenrate, Reichweite, Energieeffizienz und Kompaktheit.

Nach Einschätzung der VDE-Experten erlauben integriert-optische Sensoren räumliches Sehen mit besserer Auflösung und zu niedrigeren Kosten als konventionelle Lösungen. Allein der Markt für Siliziumphotonik-Komponenten werde auf 3,5 Mrd. US-$ im Jahr 2025 geschätzt – und bietet damit ein hohes Wachsumspotenzial für innovative Firmen.

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