Dit is de tekstversie van de special "Het moeizame Chinese chipoffensief". Ga naar de volledige webspecial met interactieve elementen.
Chinese elektrische auto’s veroveren de wereld, op veel westerse daken liggen Chinese zonnepanelen en grote windmolens in zee zijn steeds vaker van Chinese makelij. Daarnaast is China de afgelopen jaren uitgegroeid tot wereldwijd leider in onderzoek naar bijna alle cruciale technologieën van de toekomst. Toch is er één sector waarin de Chinese technologiedominantie nog ver te zoeken is: halfgeleiders en computerchips. China loopt weliswaar voorop als het gaat om onderzoek en patenten, maar de meest geavanceerde chips worden nog steeds in het buitenland gemaakt. En met niet-Chinese machines, waaronder die van de Nederlandse grootmacht ASML.
Dat wil het Westen, de Verenigde Staten voorop, graag zo houden. Chips zijn de essentiële bouwstenen voor onder andere kunstmatige intelligentie en defensie, belangrijke strategische terreinen. Dat maakt ze cruciaal voor de nationale veiligheid. De VS proberen daarom de export naar China van geavanceerde chips en de apparatuur om ze te maken zoveel mogelijk te beperken.
De Chinese afhankelijkheid van het buitenland voor dit strategische product is heel groot. Waar China in 1995 nog 2% van de wereldwijde chipconsumptie voor zijn rekening nam, was dat tien jaar later al 25%. Het grootste deel van die chips moet China noodgedwongen importeren, vorig jaar voor een bedrag van bijna $400 mrd. Dat is meer dan het land uitgaf aan de import van olie.
Afgesneden van de meest geavanceerde chiptechnologieën, zit er voor China niets anders op dan een eigen chipindustrie te ontwikkelen. Maar dat plan verloopt moeizaam.
De Chinese president Xi Jinping, die de ontwikkeling van de binnenlandse chipsector als een van de hoogste prioriteiten in China heeft gedefinieerd, onderstreepte dat eerder dit jaar op een grote techconferentie in China. ‘De hightechsector is het belangrijkste slagveld van internationale concurrentie en de veranderende wereldorde geworden. Ondanks de grote vooruitgang in wetenschappelijke en technologische ontwikkelingen in China, blijft het vermogen tot originele innovatie relatief zwak, worden sommige kerntechnologieën in sleutelgebieden door anderen gecontroleerd en missen we toptalent op wetenschappelijk gebied. We moeten ons gevoel van urgentie verder verhogen en onze inspanningen op het gebied van wetenschappelijke en technologische innovatie intensiveren.’
Ongeveer 90% van alle geavanceerde chips in de wereld wordt nog steeds gemaakt in fabrieken van het Taiwanese TSMC met Nederlandse, Amerikaanse en Japanse chipmachines voor niet-Chinese klanten als Apple, Nvidia, Microsoft en Meta.
In heel China worden op dit moment nieuwe chipfabrieken gebouwd. Vooral in de provincies Sichuan, Hubei, Guangdong en aan de oostkust rond Shanghai vindt veel bouwactiviteit plaats. Het gaat onder andere om grote fabrieken van Chinese chipbedrijven als SMIC en YTMC .
Apple en Samsung zijn de grootste smartphoneproducenten in de wereld, maar krijgen steeds meer concurrentie, zeker in China zelf, van Chinese producenten zoals Xiaomi en Huawei. Maar ook in Nederland minder bekende merken als Oppo, Honor en Vivo vechten voor het marktleiderschap in China.
Ongeveer 90% van alle geavanceerde chips in de wereld komen uit een fabriek van het Taiwanese TSMC. Die dominantie dankt het bedrijf vooral aan het technisch vernuft in Veldhoven. De euv-machines die ASML daar in elkaar zet maken de kleinste structuren op chips mogelijk.
Het Chinese SMIC had die machines ook besteld, maar kreeg ze door exportrestricties vanuit de Verenigde Staten nooit in handen.
Nadat silicium schijven zijn belicht in lithografiemachines, worden deze verder bewerkt in een reeks van processen, zoals depositie. Daarbij worden atoomdunne laagjes materialen aangebracht op de silicium schijven.
Het Nederlandse ASM is een van de toonaangevende producenten van deze machines en concurreert in China met AMEC en Naura.
‘Er is niet een soort knop waarop je kunt drukken en opeens is het er’, zegt Jaap van Etten, oprichter en ceo van Datenna, dat innovatie en technologie in China onderzoekt. ‘Zelfs als je de belangrijkste machines of technologie in handen hebt, ben je nog niet een technologische grootmacht. Je moet een hele keten opbouwen en onderhouden. Je kunt wel de allermodernste machines hebben, maar als een leverancier daar geen onderhoudsdiensten meer voor levert, is zo’n machine onbruikbaar.’
Het opbouwen van zo’n keten is een enorme klus. ‘Als je uit het niets de hele waardeketen opnieuw wil gaan uitvinden, dan heb je een groot probleem’, zegt Paul Triolo, China-expert bij het Amerikaanse Albright Stonebridge Group. Hij volgt de ontwikkelingen van China op chipgebied op de voet.
En die zijn er wel degelijk. Zo is China volgend jaar waarschijnlijk goed voor bijna 20% van de wereldproductie van chips, vergeleken met slechts een paar procent in 1990. Op dit moment zijn er in het land tientallen chipfabrieken in aanbouw. Die zijn echter uitsluitend bedoeld voor de productie van standaardchips, halfgeleiders die noodzakelijk zijn voor de auto-industrie, consumentenelektronica, de energietransitie en autonoom rijden. De rest van de wereld wordt voor deze standaardchips steeds afhankelijker van China, maar voor de meest geavanceerde chips is dat precies omgekeerd.
In de beginjaren negentig domineren Amerikaanse en vooral Japanse chipbedrijven de wereldwijde chipproductie. NEC, Toshiba en Hitachi zijn de drie grootste chipbedrijven ter wereld, gevolgd door Intel en Motorola. Philips staat op een negende plek.
Rond de eeuwwisseling laten Zuid-Koreaanse chipmakers zich voor het eerst goed horen. Samsung en Hyundai, het latere Hynix, dringen de top tien binnen.
Europa wint aan betekenis met grote chipbedrijven als ST Microelectronics en Infineon die samen met Philips dan in de top tien van grootste chipbedrijven ter wereld staan. Ondertussen groeit het Taiwanese TSMC uit tot de belangrijkste chipproducent ter wereld.
Het laatste decennium wordt de opmars van China goed zichtbaar. Het land produceert vooral ‘standaard’ chips, maar die zijn wel cruciaal voor belangrijke ontwikkelingen zoals de energietransitie.
Het marktaandeel van de VS en Europa kalft steeds verder af, maar zal de komende jaren — als grote steunoperaties van de VS en de EU slagen — weer moeten gaan toenemen.
Hoe snel het land zich op dat terrein technologisch ontwikkelt, is moeilijk vast te stellen. Door de exportrestricties van de Verenigde Staten naar China is de Chinese overheid er een stuk minder happig op geworden om technologische vorderingen naar buiten te brengen. ‘China blijft graag onder de radar om geleidelijk vooruitgang te boeken. Dat maakt het moeilijk om in te schatten hoe ver de Chinezen echt zijn’, zegt ook Van Etten.
Antonia Hmaidi is senior analist bij het Mercator Institute for China Studies in Berlijn. Zij schat dat China met chipproductie zo’n zes tot zeven jaar achterloopt op het Westen en Taiwan, Zuid-Korea en Japan. Maar als het gaat om het meest essentiële proces in de chipproductie, lithografie, is die achterstand nog groter.
De beste in China ontwikkelde en geproduceerde lithografiemachine is een duv-machine (duv staat voor deep ultraviolet) van het Chinese Shanghai Micro Electronics Equipment (SMEE). Die kan met ultraviolet licht lijntjes van 90 nanometer op een chip maken. Dat aantal nanometers is van belang: hoe minder het er zijn, hoe meer informatie er op een chip kan worden opgeslagen.
Duv-technologie is nog altijd bruikbaar, maar is allang niet meer de meest geavanceerde lithografietechnologie. Wat de chipmachine van SMEE kan, konden de machines van ASML twintig jaar geleden al. De nieuwste generaties ASML-machines maken gebruik van de geavanceerdere euv-technologie (extreme ultraviolet), waarmee op een chip lijntjes van slechts enkele nanometers kunnen gemaakt.
‘Door euv-technologie voor China te blokkeren, loopt het land sowieso al minimaal tien jaar achter op technologisch gebied’, zei ASML-ceo Christophe Fouquet eerder dit jaar in een webcast. Hmaidi denkt zelfs dat het wat lithografie betreft om een achterstand van vijftien tot twintig jaar gaat. ‘Er zijn al sinds 2018 elk jaar geruchten over de introductie van een machine in China die 28 nanometer kan doen, maar die zijn tot nu toe nooit werkelijkheid geworden.’
Ondanks deze beperkingen slaagt China er toch in chips te maken met onderdelen van slechts 7 nanometer groot. Toen het Chinese telecombedrijf Huawei in augustus 2023 de Mate 60-smartphone lanceerde, was de hele wereld verrast over hoe geavanceerd de chip in die telefoon is. ‘Veel mensen denken daarom dat de exportcontroles van 2022 en 2023 niet effectief waren’, zegt Hmaidi. ‘Maar als je naar de technische details van die chip kijkt, zie je dat ze behoorlijk wat compromissen hebben moeten sluiten om deze chip te laten werken.’
Zo hebben Huawei en SMIC een aantal heel dure stappen in het lithografieproces vele keren herhaald om de chips te maken. Met de nieuwste euv-machines van ASML is dat niet nodig. Maar omdat de fabrikant deze machines niet naar China mag exporteren, hebben Huawei en SMIC oudere machines van ASML, waarvoor toen nog geen restricties golden, ten volle benut. ‘Ze hebben echt de grenzen opgezocht van wat die machines kunnen’, zegt Triolo. Dat hebben andere chipbedrijven nooit gedaan, omdat het veel te kostbaar is, maar de Chinezen hebben geen keuze. ‘En dan zie je hoe goed die machines van ASML eigenlijk zijn.’
Dat herhalen van de processtappen is niet alleen kostbaar, het duurt zo ook langer om een chip te maken. Daarnaast wordt het rendement lager: er kunnen minder werkende chips uit een grote schijf silicium worden gehaald). ‘Euv heeft [voor het maken van de meest geavanceerde chips] de voorkeur’, zei Fouquet eerder dit jaar in een interview met Handelsblatt. Wie geen toegang heeft tot die technologie, zal alternatieven vinden, maar dat is absoluut niet de meest commerciële manier.’
Dat realiseren Chinese bedrijven zich ook. ‘Je kunt dit een paar jaar volhouden, maar dan begint het te knellen’, zegt Triolo. Daarom kijken deze bedrijven naar andere methodes. Zo heeft Huawei het ontwerp van de chip aangepast. ‘Ze ontwerpen niet alleen de kern van de chip opnieuw, maar ook alles eromheen.’ Op deze manier probeert Huawei volgens hem een aantal beperkingen te omzeilen waarmee het bedrijf kampt omdat het niet de meest geavanceerde technologie gebruikt.
Lithografie blijft echter een onmisbare stap in het chipproductieproces. De grote vraag is of China uiteindelijk zeer geavanceerde chips kan maken zonder ASML-machines. Om dat te bereiken zal het land een grote technologische slag moeten maken in lithografietechnologie. Huawei speelt daarbij een centrale rol, denken de experts.
Het bedrijf liep ooit technologisch voorop, vooral op het gebied van mobiele communicatietechnologie zoals 4G en 5G. Maar toen de VS Huawei in 2019 op een zwarte lijst zetten, viel het in één klap jaren terug. Westerse bedrijven mochten vanaf toen niet meer zomaar zakendoen met Huawei of technologie aan het bedrijf leveren. Dat leidde tot een instortende omzet en winst, maar ook tot een sterke motivatie om zelf nieuwe technologie te gaan ontwikkelen.
‘Huawei speelt een steeds grotere rol als dirigent van het chipecosysteem’, zegt Hmaidi. ‘Het bedrijf investeert in onderzoek naar optische systemen, maar stuurt ook ingenieurs naar andere bedrijven. Daarnaast sluit Huawei samenwerkingsverbanden met chipbedrijven, en geeft het managementondersteuning aan grote Chinese onderzoeksinstituten die actief zijn in chiptechnologie — vooral lithografie.’
Die kennis komt zo ook terecht bij andere chipbedrijven in China. ‘De regering heeft vorig jaar Huawei, chipproducenten YMTC en SMIC en chipmachinefabrikanten Naura en SMEE prioriteitstoegang gegeven tot chiptechnologieonderzoek dat plaatsvindt in overheidsinstituten’, zegt Triolo.
Andere Chinese bedrijven pakken intussen overige delen van de keten op. Zo ontwerpen autobouwers BYD en Nio inmiddels zelf chips voor hun elektrische auto’s en richten internetbedrijven Tencent en Alibaba zich op het ontwikkelen van chiparchitectuur op basis van een open standaard om de afhankelijkheid van het Britse ARM en het Amerikaanse Intel te verminderen.
De Chinese Academie van Wetenschappen, de belangrijkste onderzoeksorganisatie in China, stimuleert deze ontwikkeling, onder andere als medeoprichter van het Beijing Open Source Chip Research Institute. Niet alleen Alibaba en Tencent doen hieraan mee, maar ook Baidu en ZTE.
‘Als we Huawei en andere grote technologiebedrijven bij elkaar optellen, beschikt China inmiddels over nationale teams voor bijna alle stappen in de halfgeleidertoeleveringsketen, van het ontwerp tot de productie en verpakking van chips’, stelt Hmaidi.
Ondertussen blijft China zoveel mogelijk chipmachines die nog niet onder sancties vallen uit het Westen importeren. Afgelopen halfjaar ging het om een record van $25 mrd aan chipmachines, vooral veel lithografiemachines. Ongeveer de helft van de omzet van ASML kwam in de laatste twee kwartalen uit China.
Onder Bill Clinton (1992-2000), George W. Bush (2000-2008) en Barack Obama (2008-2016) is de handelsoorlog met China nog niet in volle omvang opgelaaid.
De VS nemen vooral Chinese lucht- en ruimtevaartbedrijven en onderzoeksinstellingen op de korrel. Sporadisch worden ook individuele Chinese chipbedrijven in de ban gedaan.
In maart 2018 publiceert de regering-Trump een rapport waarin het China beschuldigt van oneerlijke handelspraktijken als het gaat om de overdracht van technologie, intellectueel eigendom en innovatie.
In 2019 wordt Huawei op de lijst gezet. Dat zorgt ervoor dat westerse bedrijven niet zomaar meer technologie mogen verkopen aan het bedrijf.
De harde lijn richting China die onder Trump escaleert met het op de zwarte lijst zetten van Huawei wordt onder Biden doorgezet. Steeds meer Chinese technologiebedrijven worden op de zwarte lijst gezet om te voorkomen dat ze toegang tot krijgen tot technologie van de VS en zijn partners die nodig zijn om een hoogwaardige chipsector op te bouwen.
Het blijft echter een grote beperking voor China dat het geen toegang heeft tot euv. ASML is het enige bedrijf in de wereld dat machines met die technologie maakt. Op de nieuwste chip van Nvidia kunnen zo ongeveer 200 miljard transistoren worden geplaatst. Meer transistoren betekent snellere verbindingen en betere prestaties van een chip. ‘Het meest effectieve wat de VS hebben gedaan is de export van euv-technologie naar China verbieden’, zegt Hmaidi. ‘Daardoor loopt China altijd achter de feiten aan.’
De Chinezen zouden die achterstand kunnen inlopen door zelf een euv-machine te ontwikkelen. Maar aangezien ASML er bijna dertig jaar over heeft gedaan om samen met een groot aantal zeer gespecialiseerde technologiebedrijven de technologie onder de knie te krijgen, valt een snelle doorbraak van China niet te verwachten.
De belangrijkste lithografiemachinefabrikant, SMEE, lijkt zich niet op euv te richten. ‘Uit onze data over de onderzoeksactiviteiten van SMEE komen heel veel patenten naar voren in de periode 2017-2023 op het gebied van lithografie, maar niet over euv’, zegt Anton Karppanen, onderzoeksanalist bij Datenna.
Ook bij Naura Technology is Karppanen geen euv-patent tegengekomen. ‘Maar we zien wel dat een van de onderzoeksrichtingen van het bedrijf SAQP is.’ Met die technologie heeft Huawei samen met partner SMIC hoogstwaarschijnlijk toch een geavanceerde chip weten te maken voor zijn Mate 60-smartphone.
Huawei investeert ook in onderzoek naar euv, zo blijkt. ‘We hebben aanwijzingen dat het probeert om euv of een soortgelijke technologie te ontwikkelen’, zegt Hmaidi. ‘Huawei heeft in een aantal bedrijven geïnvesteerd die bezig zijn met optische technologie. De nauwe samenwerking met SiCarrier en Zetop Technologies, Chinese ontwikkelaars van lichtbronnen voor lithografie, vergroot de indruk dat het bedrijf de coördinator van een Chinese lithografietoeleveringsketen wordt. Er is ook een patent van Huawei dat over euv-technologie gaat.’
Euv-onderzoek vindt ook plaats bij een aantal overheidsonderzoeksinstellingen in China, blijkt uit data van Datenna. Daaronder het Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics, dichtbij een groot chipproductiecluster in Shanghai, en het Institute of Optics and Electronics in Chengdu.
In Veldhoven maken ze zich nog niet al te druk over de ontwikkelingen in China. Het bedrijf stemt zijn langjarige technologieontwikkelingsagenda in nauwe samenwerking af met klanten, zoals Samsung, TSMC en Intel. Die samenwerkingsverbanden bieden in ieder geval het komende decennium geen opening voor introductie van Chinese lithografiemachines.