AchtergrondChipoorlog

Wat kan China zonder chips? ‘Wie geavanceerde chips kan maken, heeft de wereldmacht in handen’

Beeld Suzanne Ranzijn

China maakt zeer geavanceerde technologie, maar niet de microchips waarop die draait. Dus hoe moet dat nu Chinese techbedrijven in de VS op een zwarte lijst staan? De strijd tussen wereldmachten in de technologie. 

Een pijnlijk moment waar ze al maanden tegenaan hikken bij de Chinese techreus Huawei: de dag dat ze hun aller-, allerlaatste Kirin-chip in de nieuwe Mate 40-telefoon zullen schroeven. Het is gissen naar de exacte datum, maar na 15 september, somberde topman Richard Yu al eerder, zal er geen nieuwe chip meer uit de fabrieken komen. Sinds de Amerikaanse president Trump meer dan honderd Chinese techbedrijven op een zwarte lijst zette – zij zouden de Amerikaanse staatsveiligheid bedreigen – durft geen leverancier ter wereld nog zaken te doen met deze Chinezen. Dit plaatst de parel van de Chinese economie voor een acuut probleem. Huawei verkoopt wereldwijd bijna evenveel mobieltjes als marktleider Samsung. De nummer-1-positie is in zicht. Maar zonder Kirin-chips is Huawei niet in staat concurrerende telefoons te maken.

Het is de achilleshiel van China: het land ambieert in 2025 nummer 1 te worden op technologisch gebied, maar maakt zelf geen geavanceerde chips. De ambities liggen op koers, vooral op gebieden als kunstmatige intelligentie, robotica of 5G-netwerken, maar de benodigde microchips moeten allemaal uit het buitenland komen. En dat terwijl chips de drijvende kracht zijn achter de technologische en economische ontwikkeling van de afgelopen vijftig jaar. Dan is het, zacht gezegd, strategisch onverstandig zoiets essentieels over te laten aan andere landen. Analisten trekken graag een parallel met de olie-industrie uit de 20ste eeuw: wie nu de chipproductie controleert, bezit grote militaire en economische macht.

Eigen schuld

Het is hun eigen schuld, stellen deskundigen, dat China zo kwetsbaar is. Chinese start-ups en durfinvesteerders kozen jarenlang voor de makkelijke weg. Kekke producten en slimme toepassingen als TikTok of WeChat boden sneller resultaat dan fundamenteel onderzoek. Tot het land zijn eigen ‘Spoetnik-momentje’ beleefde – een eerste Amerikaans handelsverbod – en Beijing extra miljarden uittrok om minder afhankelijk te worden van het buitenland. Huawei ontwerpt al eigen chips die niet onderdoen voor de A13 Bionic van Apple of de Snapdragon 865 waar veel toptelefoons op draaien. Maar die Kirin-chips kunnen nergens in China worden gemaakt: ontwerpen is iets heel anders dan produceren. De ambitieuze megafabriek bij Shanghai, SMIC, loopt volgens deskundigen nog enkele jaren achter.

Weinig dingen in de wereld zijn zo ingewikkeld, tijdrovend en kostbaar als chips produceren. Vandaar dat slechts een handjevol fabrieken in de VS, Korea en Taiwan de meest geavanceerde chips kunnen maken. Geen consument heeft ooit van TSMC gehoord, maar de chipmaker in de Taiwanese provincieplaats Hsinchu speelt een hoofdrol in de mondiale techwereld. Hij fabriceert niet alleen de Kirin-chips van Huawei, maar ook de A14-chips voor de nieuwe iPhone 12. Toen president Trump eerder dit jaar TSMC verbood nog aan Huawei te leveren, reageerde de chipwereld geschokt. De Taiwanezen die deels Amerikaanse patenten gebruiken kozen ijlings de kant van de VS (waar 60 procent van hun omzet vandaan komt) en beloofden meteen voor 10 miljard euro een extra chipfabriekje neer te zetten in Arizona.

Een siliciumschijf van Taiwan Semiconductor Manufacturing Company (TSMC) wordt getoond op de 2020 World Semiconductor Conference in Nanjing, China.Beeld Getty

Het Amerikaanse verbod heeft niet alleen desastreuze gevolgen voor Huawei. Alle elektronicafabrikanten die chips bestellen bij TSMC of elders, realiseren zich plots dat hun bedrijf op geopolitiek drijfzand staat. In de vakpers verschijnen de eerste (onbevestigde) berichten over experimentele chipfabrieken van Samsung (Korea) en van Huawei (China) waar louter nog Japanse en Europese techniek wordt gebruikt. Beide bedrijven zwijgen desgevraagd over hun chipstrategie. Meer onafhankelijkheid van de VS klinkt als een logische, strategische stap, al is het makkelijker gezegd dan gedaan.

Basisingrediënten

Om geavanceerde chips te produceren, stellen deskundigen, heb je drie basisingrediënten nodig: veel geld (dat heeft China), veel slimme ingenieurs (heeft China ook, en zo niet: alleen al vorig jaar staken meer dan honderd TSMC-ingenieurs de Straat van Taiwan over in ruil voor een dubbel salaris) en tot slot een wolk van toeleveranciers die even ambitieus als innovatief zijn. Die laatste voorwaarde is volgens deskundigen het moeilijkst te realiseren. Een chipfabriek staat vol unieke machines die voortdurend moeten worden doorontwikkeld om steeds snellere chips te kunnen maken. Die zijn veelal Amerikaans, al is er een hoofdrol voor de lithografiemachine van het Nederlandse ASML dat wereldwijd vooroploopt. 

‘Eigenlijk zijn wij tweehonderd bedrijven’, zegt chief strategy officer Frits van Hout op de twintigste verdieping van het hoofdkantoor in Veldhoven. Elders op het ASML-terrein schroeven mannen en vrouwen in stofvrije pakken de machines in elkaar waar klanten als TSMC, Samsung en Intel met liefde 120 miljoen euro voor betalen. Van Hout prijst toeleveranciers als de Duitse lenzenmaker Zeiss of het Eindhovense VDL, metaalbedrijf en autobouwer. ‘Zij accepteren onze idiote eisen, komen met oplossingen waardoor wij onze klanten iedere twee jaar een machine kunnen bieden die nog snellere chips maakt.’ ASML, stelt hij, is goed in het organiseren van fundamenteel en toegepast onderzoek en weet dat snel om te zetten in een betaalbaar product. ‘Zo’n robuust systeem van jarenlange relaties en onderling vertrouwen kun je niet zomaar kopiëren. Ook al haal je onze machine tot het laatste schroefje uit elkaar.’

De Nederlandse wortels van TSMC

Taiwan Semiconductor Manufacturing Company werd in 1987 opgericht op initiatief van de Taiwanese overheid, die met de kennis van nu een behoorlijk vooruitziende blik had. Het idee om een chipfabriek te maken die in opdracht van andere partijen chips produceerde, was toen nieuw. Philips kreeg 28 procent van de aandelen in handen, meer dan de 21 procent van de Taiwanese overheid. Philips verkocht in 2008 zijn laatste aandelen. Daar zal het nu spijt van hebben. TSMC heeft honderden klanten, waaronder Apple, Huawei, Qualcomm en Sony. De chips die in de moderne fabrieken in Taiwan worden gemaakt, komen niet alleen terecht in de laatste mobieltjes en computers, maar ook in datacentra of gevechtsvliegtuigen. De omzet bedroeg vorig jaar ruim 30 miljard euro, de winst ruim 9 miljard. Er werken 51 duizend mensen.

Bram Nauta (hoogleraar elektrotechniek aan de Universiteit Twente) stelt simpelweg: ‘Wie geavanceerde chips kan maken, heeft de wereldmacht in handen.’ De wereld mag blij zijn, stelt hij, dat een relatief onbeduidend land als Taiwan besloot zwaar in te zetten op de productie van chips. ‘Die vooruitziende blik mis ik in Nederland en in Europa.’ Nauta wijst erop dat China afhankelijk is van ASML. ‘De Japanse concurrenten van ASML lopen hopeloos achter.’ Extra complicatie voor de Chinese ambities: ASML wacht nog steeds op een exportvergunning van de Nederlandse regering om de nieuwste machine aan de Chinese chipfabriek SMIC in Shanghai te mogen leveren. Daar staan overigens al oudere ASML machines die even geavanceerde chips kunnen maken als de nieuwe machine (alleen minder efficiënt).

Uiteindelijk, verwacht Nauta, zal China de achterstand wel inlopen. ‘Maar op korte termijn heeft het een probleem: de weinig geavanceerde chips die ze daar nu in elkaar zetten, zijn niet geschikt voor de nieuwste mobieltjes.’ Een nieuwe fabriek opzetten kost zo’n 40 miljard, weet Nauta. Dat is nog wel op te brengen. Maar de tijd werkt tegen de Chinezen. Het opzetten van een eigen chipindustrie is een kwestie van een lange adem. ‘Die tijd is er eenvoudigweg niet’, zegt Nauta. ‘China heeft geen plan B. Of, nou ja, Taiwan binnenvallen.’

Amerikaanse economie 

De chipoorlog is slecht nieuws voor de Amerikaanse economie, waarschuwt de vereniging van Amerikaanse chipfabrikanten. Die klagen nu al over omzetdalingen. Hoe langer de zwarte lijst met Chinese bedrijven van president Trump, hoe minder chips en machines Amerikaanse bedrijven kunnen leveren. In het slechtste geval valt de hele Chinese afzetmarkt voor hen weg (30 procent van de wereldmarkt). Voorzitter John Neuffer van de Semiconductor Industry Association waarschuwde onlangs in een persbericht: ‘Met de verkoop van niet-gevoelige producten aan China financieren we onderzoek en innovatie; wat juist essentieel is voor de Amerikaanse economie en nationale veiligheid.’

Voor Nederland lijken de directe gevolgen beperkt. Zelfs als het ministerie van Buitenlandse Zaken geen exportvergunning afgeeft voor de nieuwste machine naar China is de schade te overzien. De omzet van ASML beweegt mee met de wereldwijde vraag naar chips en het marktaandeel kan nauwelijks groter. Mits China niet besluit zelf chipmachines te gaan maken. Dat is niet ondenkbaar, waarschuwen deskundigen, als president Trump doorgaat met het uitsluiten van China. 

Bovendien: innovatie is gebaat bij internationale technologische samenwerking. Voor de consument kan dit alles betekenen dat hij langer zal moeten wachten op die nóg slimmere telefoon. Die dan ook nog eens duurder is.

Chips bakken

Pure alchemie: je begint met een emmer zand en je eindigt met een Snapdragon 865+-processorchip. Het motorblok van de nieuwste toptelefoons, medische scanner of kruisraket. Computerchips zijn al meer dan vijftig jaar de drijvende kracht achter technologische ontwikkeling en economische groei in de wereld.

En dat voor een dingetje zo klein als je pinknagel. Maar zoom in en je ziet een futuristische megastad uit een sciencefictionfilm. Met wel honderden woonlagen boven elkaar, waar miljarden gebouwen met elkaar zijn verbonden door gouden snelwegen waarover miljoenen autootjes per seconde flitsen. Groothandelsprijs: 75 euro per stuk.

Het productieproces is zo ingewikkeld en kostbaar dat slechts enkele fabrieken in de wereld geavanceerde chips kunnen (en durven) maken. En dat terwijl het principe van de microchip niet is veranderd sinds de uitvinding in 1958 te Dallas. Omdat computers best wel dom zijn – ze kunnen alleen ja of nee onthouden – bestaat een chip uit heel veel schakelaars die aan of uit kunnen. Geef je computer een opdracht en de chip vergelijkt braaf codes bestaande uit nullen en enen met elkaar. Komen die overeen: door naar de volgende stap. Methodisch werkt je computer iedere opdracht af.

Hoe meer schakelaars en verbindingsdraden op je systeembord uit natuurkundeles, hoe sneller dat proces verloopt. Alleen moet een en ander ook nog in je telefoon passen. Dat levert een miniaturisatierace op, waarbij de Wet van Moore geldt: het aantal transistors per oppervlakte verdubbelt iedere twee jaar. Geen natuurwet, maar een historische trend. De keerzijde is de Wet van Rock: de kosten voor een chipfabriek verdubbelen iedere vier jaar. Zo kost de relatief kleine fabriek die in Arizona wordt gebouwd door het Taiwanese TSMC (wereldmarktleider) al meer dan 10 miljard dollar.

Wereldkampioen op de vierkante nanometer (miljardste meter) is het Nederlandse bedrijf ASML in Veldhoven, een dorp onder Eindhoven. Daar komen lithografiemachines vandaan die de fijnste verbindingen en hoogste transistordichtheid op een plaatje kunnen etsen. Tientallen miljarden schakelaartjes; ieder 200 keer kleiner dan een rode bloedcel en een veelvoud aan verbindingen die slechts een paar atomen breed zijn. De nieuwste chips bieden 7 nanometer, wat iets zegt over de minimale afstand tussen transistoren en verbindingen. Ter vergelijking: een mensenhaar is 80 duizend nanometer dik. In Japan bouwen camerafabrikanten als Nikon en Canon ook chipmachines, maar die halen deze verfijningsgraad niet.

Het recept in een notendop: smelt strandzand om tot een cilinder zuiver silicium (een goedkoop materiaal dat zowel kan isoleren als stroom geleiden). Snij dunne plakjes af en smeer die in met een fotogevoelige laag. Belicht iedere plak door een masker, een soort dia, waarna een patroon ontstaat dat na verwarmen en een zuurbad permanent in het silicium achterblijft. Herhaal dit proces met andere maskers en er ontstaat een chip met vele lagen. Gebruik voor het aanbrengen van patronen wel een fijn penseel. Die kun je zelf maken door in een vacuümvat fijne tindruppeltjes te beschieten met laserlicht, waardoor een plasma ontstaat dat op zijn beurt licht uitstraalt met een frequentie van 13,5 nanometer; prima om mee te tekenen. Leg alle lagen netjes op elkaar, blijf binnen de 1,5 nanometer afwijking.

Bak de chips in acht weken af in een fabriek. Snij aan het einde van de productielijn uit iedere siliciumplaat honderden of duizenden chips, beschermend plasticje eromheen, gouden contactjes aanbrengen en zet bijvoorbeeld het merk Snapdragon 865 erop. Voilà: het motorblok van uw nieuwste mobieltje.

Meer over