När det gäller halvledare har EU en stark ställning inom vissa områden, t.ex. design av komponenter till kraftelektronik, radiofrekvensanordningar och analoga anordningar samt avkännare och styrprocessorer som används i fordons- och tillverkningsindustrin. EU är även världsledande när det gäller forskning om halvledare. Här finns ledande forskningscentrum som driver den globala utvecklingen av toppmodern halvledarteknik. Faktum är att den europeiska teknologin är en viktig drivkraft bakom miniatyriseringen av chip. Koncept som FinFET och Gate All Around är nödvändiga för tillverkningen av nästa generations kraftfulla chip, och FDSOI-teknik är avgörande för att minska energiförbrukningen.

Mot bakgrund av datavolymernas enorma tillväxt, och integreringen av allt större datorkraft, AI och anslutbarhet i alla tänkbara applikationer, förväntas den globala marknaden för chip överstiga 1 biljon US-dollar före 2030.

Den växande efterfrågan på chip drivs även av nya marknadsmöjligheter inom följande områden:

·Artificiell intelligens: AI kommer att ha en allt större inverkan i många sektorer. Särskilda strukturer för databehandling och avkänning behövs för att säkerställa nödvändiga prestanda, och AI-chip utgör det snabbast växande segmentet inom mikroelektroniken. Den årliga tillväxten beräknas överstiga 40 % under de kommande åren.

·Edge computing: Databehandlingen håller gradvis på att flytta från datacentraler med molnlagring till datoranläggningar nära användaren där data genereras. Utbyggnaden av 5G-nätet kommer att leda till en ytterligare utökning av marknaden för sakernas internet, och analytikerna uppskattar att upp till 80 % av all databehandling senast 2025 kommer att ske i datoranläggningar nära användaren (s.k. ”edge computing”). Detta förväntas medföra en årlig tillväxt på 35 % på marknaden för det industriella sakernas internet och företagsgenererade data, sektorer där EU har viktig kompetens.

·Den digitala omställningen och utvecklingen av vertikalt integrerade företag: De flesta branscher har en strategi som utgår från en tiofaldig ökning av antalet uppkopplade enheter fram till 2025. Detta gäller i synnerhet sektorer som tillverkning och automatisering, jordbruk, telekommunikation, energiinfrastruktur och hälso- och sjukvårdstjänster. Till exempel förväntas marknaden för halvledare inom hälso- och sjukvårdssektorn växa med en årlig tillväxttakt på 10 % under 2020–2025. Utvecklingen av eldrivna och självkörande bilar driver även upp efterfrågan inom fordonssektorn. Marknaden för fordonselektronik förväntas växa med nästan 15 % om året och uppgå till 78 miljarder US-dollar 2026.

De relevanta utvecklingstrenderna omfattar även produkter som är skräddarsydda för behoven i specifika industrisektorer. För att tillgodose ett stort antal användningsområden i traditionella och framväxande marknadssegment och uppnå bättre resultat krävs domänspecifika strukturer, vilket leder till ökad efterfrågan på specialtillverkade chip. Halvledarnas ökade värde gör att kundföretag, däribland onlineplattformar och biltillverkare, vill medverka i designen eller tillverka sina egna chip.

Sektorn drivs även av en snabb teknisk utveckling där miniatyriseringen öppnar upp nya områden för att öka datorkraften, minska kostnaderna och begränsa energiförbrukningen. Några av de mest talande exemplen är nya transistortekniker som Gate All Around och avancerad FDSOI, nya strukturer för systemintegration som gör det möjligt att kombinera olika chip samt framväxande, banbrytande tekniker som kvantteknik och neuromorfisk databehandling. Nya tekniker utvecklas även för databehandling som bygger på avancerade processorkärnor, däribland med öppen källkod. Vidare kommer användningen av nya material i plattorna, däribland kiselkarbid och galliumnitrid, att öka kapaciteten hos kommunikationsteknik och kraftelektronik för elektromobilitet och förnybar energi.

Slutligen kommer de elektroniska produkternas livstid att förlängas genom hållbarhetsdesign och nya uppgraderingstjänster för att minska ersättningstakten och behovet av nya produkter. Material till mikrochip kan återvinnas från elektroniskt avfall. Det är till exempel tekniskt möjligt att återvinna sammansatta halvledarmaterial, om än i mycket små kvantiteter.

2.3 EU:s position

Den europeiska industrin har många starka sidor och vissa svagheter i värdekedjan för halvledare. En översikt över EU:s position visas i figur 2.

Halvledarsektorn kännetecknas av en intensiv verksamhet inom forskning och utveckling. Företagen återinvesterar mer än 15 % av sina intäkter i forskning om nästa generations teknik. EU har flera världsledande forsknings- och teknikorganisationer (FTO), och det finns många framstående universitet och forskningsinstitut i hela unionen. Forsknings- och teknikorganisationer i EU har utvecklat tekniken bakom tillverkningen av några av världens mest avancerade chip. Den enorma datorprestandan hos dagens chip beror till stor del på den oupphörliga miniatyriseringen av FinFET-processen, vilken i sin tur har underlättats av tekniken för extrem ultraviolett litografi (EUV-litografi) som utvecklats inom EU. Den kompletterande processtekniken FDSOI, som har utvecklats och industrialiserats i EU, erbjuder betydande fördelar när det gäller energieffektiviteten hos batteridrivna enheter. chip som bygger på både FinFET- och FDSOI-processteknik finns i varje mobiltelefon som tillverkas idag.

Figur 2: Leveranskedjan för halvledare: EU:s globala marknadsandel i relevanta segment

Tillverkningen av halvledare kräver enorma mängder unika material, kemikalier och avancerad utrustning som tillhandahålls av specialleverantörer i varje skede av tillverkningsprocessen. EU har flera världsledande leverantörer av utrustning och råvaror som grundmaterial och gaser. I denna del av leveranskedjan är några av de europeiska tillverkarna mycket starka i sina respektive marknadssegment. Faktum är att det knappast går att producera avancerade chip någonstans i världen utan utrustning som tillverkats i EU, däribland maskiner för EUV-litografi.

EU:s har även ledande chiptillverkare som specialiserar sig på design av särskilda halvledarkomponenter. EU:s leverantörer av halvledare är världsledande när det gäller chip till de snabbt växande marknaderna för tillverkning av fordon och industriell utrustning.

I EU:s finns även industrisektorer som har en stark användarbas och som kommer att driva efterfrågan i framtiden, däribland – men inte begränsat till – efterfrågan på mer avancerade noder. Halvledarföretagen deltar allt oftare i designen av chipen tillsammans med slutanvändarföretagen för att förbättra systemens prestanda. Detta är en utveckling där EU:s har utrymme för förbättringar.

Trots dessa starka sidor har EU:s andel av de globala intäkterna av halvledarchip minskat till omkring 10 %, från att ha överstigit 20 % under 1990-talet. Tillverkningen i EU:s minskade delvis på grund av att det inte fanns tillräckligt många stora dataföretag och mobiltelefontillverkare som motiverade de enorma investeringarna. De höga kostnaderna ledde även till att tillverkningen flyttades till Asien, där företagen kunde dra fördel av lägre kostnader och högre offentligt stöd. Under de senaste åren har den europeiska halvledarbranschen åter börjat investera i tillverkningskapacitet, men inte i en omfattning som är tillräcklig för att tillgodose den förväntade tillväxten i framtiden.

Idag bygger de flesta av företagen sin verksamhet på s.k. ”fabless-modeller” (eller ”fab-lite”), där de lägger ut all (eller delar av) sin tillverkning på entreprenad till anläggningar för uppdragstillverkning. chiptillverkare inom EU har inriktat sin produktion på de marknader där de är starka, t.ex. den analoga marknaden, och som ännu inte kräver de toppmoderna noder som är en förutsättning för dagens databehandling och kommunikation. Även om utrustning för tillverkning av chip under 7 nm endast tillverkas i EU, saknas anläggningar för uppdragstillverkning i EU som tillverkar processnoder under 22 nm. Dessutom kommer framtidens marknader att efterfråga chip som tillverkas i processnoder under 5 nm. När det gäller montering, provning och packning av chip har dessa verksamheter traditionellt lagts ut på entreprenad till östra Asien.

Dagens chip har flera miljarder transistorer, och ny design kan kräva flera års arbete av hundratals ingenjörer som använder extern programvara för immaterialrättsligt skydd och automatiserad elektronisk design. De största leverantörerna finns utanför EU. Det finns emellertid en betydande kompetens i hela unionen, och på senare tid har allt fler europeiska småföretag deltagit i designen av avancerade processorer och acceleratorer, framför allt för AI-chip.

3.En chipstrategi för det digitala årtiondet