Big smiles bij het officiële startsein van de bouw van een proeffabriek voor fotonische chips, maandag op de High Tech Campus in Eindhoven. Die begint in 2027 met de productie van chips die met licht werken (fotonen) in plaats van elektrische signalen (elektronen).
TNO bouwt de fabriek, maar het commerciële Smart Photonics zal er ook dankbaar gebruik van gaan maken. De nieuwe testlijn produceert straks fotonische chips met indiumfosfide, een materiaal dat zelf licht kan genereren, moduleren en versterken. Dat maakt ze heel geschikt voor onder meer datacenters, 6G-netwerken en supercomputers.
De productie ervan start op relatief kleine schaal, rond 10.000 wafers per jaar, en moet daarna opschalen. Deze pilotlijn moet de brug vormen tussen onderzoek en industriële productie, de schakel van lab naar fab. Wat altijd de moeilijkste schakel is bij nieuwe technologieën.
Cruciale stap naar de wereldtop
TNO noemt de fabriek een ‘cruciale stap naar de technologische wereldtop’. Als onderdeel van het consortium PIXEurope moet de fabriek ervoor zorgen dat de ‘hersenen’ van de toekomstige digitale economie op eigen bodem worden ontwikkeld en geproduceerd. Er is een investering aan gekoppeld van 172 miljoen euro met Nederlands en Europees geld.
Het grote cluster in Eindhoven rond fotonica is hiermee een flinke stap verder. Er is nog een ander veelbelovend cluster in Nederland, gevormd rond de Universiteit Twente. Dit ecosysteem richt zich op een ander materiaal: siliciumnitride chips die licht transporteren met extreem lage verliezen. Daardoor zijn ze heel geschikt voor onder meer augmented en virtual reality, LiDAR en medische diagnostiek.
Op het Kennispark in Enschede komt de eerste commerciële fotonische fabriek hiervoor te staan: New Origin. Ceo Twan Korthorst heeft geen ‘Eindhovense constructie’ gedaan met een onderzoeksinstituut, legt hij uit aan MT/Sprout. En de funding via de Europese potjes ‘mag niet gelabeld worden als geld voor een commercieel bedrijf’.
Markt groeit hard
Staatssteun is nog altijd een beetje taboe in Brussel. Dat is een van de redenen waarom Korthorst op zoek moest naar meer geld, niet naar 60 maar naar 100 miljoen euro. ‘Maar intussen hebben we heel veel steun gekregen en is er zicht op die 100 miljoen. Ergens in de zomer gaat de eerste schop de grond in’, verwacht hij. De ambitie is om in 2028 operationeel te zijn.
Ook New Origin begint met een productie van 10.000 wafers ‘om aan te tonen dat we het echt kunnen’. Vervolgens wordt opgeschaald naar 50.000 en dan door naar 100.000 per jaar. Korthorst: ‘Dat is veel voor fotonicaland, maar om een vergelijking te maken. De NXP-fabriek in Nijmegen draait 55.000 wafers per maand.’
De markt voor fotonische chips, specifieker die met fotonisch geïntegreerde schakelingen of Pics (photonic integrated circuits), groeit ondertussen hard: de komende vijf jaar met meer dan 350 procent tot een waarde van ongeveer 65 miljard euro in 2031.
Lees ook: Wat verliest Nederland als miniparel NXP verzwakt?
Bottleneck: industriële productie
Dat heeft alles te maken met de AI-race. Datacenters slurpen een enorme hoeveelheid stroom en water. Om de stroomnetten niet te laten bezwijken zijn fotonische chips een oplossing. Die kunnen enorme hoeveelheden data aan, zijn sneller en energiezuiniger.
Om de uitbouw van AI op grote schaal te ondersteunen, moet de productie van fotonische chips fors worden opgeschaald, betrouwbaar zijn en liefst kostenefficiënt. Als dat lukt, dan zitten de makers van deze chips de komende generaties geramd.
Een van de grootste bottlenecks is tot nu toe het opschalen naar industriële productie. Wereldwijd zijn er al een tiental industriële productielijnen voor fotonische chips actief, alleen staan die vooral in de Verenigde Staten en Azië.
Grote spelers nemen omweg
De grote spelers begrijpen inmiddels dat hier een gouden kans ligt en investeren miljarden in het opschalen van hun productie. Toch lijkt het erop dat wereldwijde chipproducenten eerst een andere afslag nemen.
Zij zetten nu in op een soort tussenstap, om van elektronen naar fotonen te gaan. Dat is siliciumfotonica, chips met een aantal fotonische functies in combinatie met de al bestaande technologie (SiPho).
Dat materiaal heeft zijn limieten qua bandbreedte, maar het levert wel instant schaalvoordelen. Het productieproces leunt namelijk aan tegen dat van de conventionele chips. Foundries kunnen zo gemakkelijker fotonische componenten met traditionele elektronica produceren.
Lees ook: Deze revolutionaire chip werkt zoals je brein
Massaproductie op komst
Het Israëlische Tower Semiconductors heeft vorig jaar zijn productie hierin al verdubbeld en wil dit jaar nog verder uitbreiden. Het doel is de productie tegen eind 2026 te vervijfvoudigen. Het orderboekje is al voor meer dan 70 procent gevuld tot 2028, met klanten die vooruitbetalen.
Ander voorbeeld is het Amerikaanse GlobalFoundries (GF) dat eind vorig jaar het Singaporese Advanced Micro Foundry heeft overgenomen. AMF is een pionier, de eerste chipfabriek die zich volledig richt op silicium fotonica. Het bedrijf heeft meer dan 15 jaar ervaring en meer dan 300 klanten. Met de overname is GF in omzet nu ‘s werelds grootste producent geworden van silicium fotonische chips.
Ook de Taiwanese gigant TSMC, wereldleider in de productie van elektronische chips, is in beweging gekomen. Het sluit partnerships aan de lopende band, heeft ingezet op het registreren van zoveel mogelijk patenten voor fotonische technologie en biedt inmiddels een eigen siliciumfotonicaplatform aan. De massaproductie van chips met geïntegreerde fotonica staat gepland voor dit jaar.
Hele waardeketen staat in Nederland
Nederland rijdt ondertussen gewoon rechtdoor, want na die omweg komen de grote spelers vast weer uit op de nieuwere generaties fotonische chips. Ons land loopt nog altijd voorop in onderzoek en ontwikkeling, ook voor de standaarden die nodig zijn voor massaproductie.
Het ecosysteem tussen kennisinstituten – TNO, TU Eindhoven en Universiteit Twente – en bedrijven is uniek in de wereld. Voor het ontwerpen, produceren, testen en verpakken van fotonische chips heeft ons land alles in huis om te slagen.
‘We hebben voorsprong met toegepast onderzoek, we hebben voorsprong met de eerste bedrijven. De hele waardeketen is er. We kunnen elk prototype chip produceren’, zegt Eelko Brinkhoff, ceo van groeiversneller PhotonDelta, tegen MT/Sprout.
Geen Nexperia-toestanden
Met Phix Photonic Assembly in Enschede kan ook de packaging gewoon hier gebeuren, vult Korthorst aan. Nexperia-toestanden, waarbij de packaging in China wordt verzorgd en bij ruzie geblokkeerd, zijn dus uitgesloten. Zo speelt de fotonicasector ook uitstekend in op de gewenste autonomie van Europa.
Lees ook: De Nexperia-rel is meer dan een diplomatiek incident, het is een reality check
Achteroverleunen is echter geen optie. Alleen onderzoeksfaciliteiten, pilotlijnen en kleinschalige productie zijn niet genoeg in dit speelveld. Nu de internationale competitie wordt opgevoerd, wordt het zelfs bijzonder spannend om die nmmer 1-positie te behouden.
Opnieuw verliezen van Azië en de VS, zoals eerder met semiconductors in de jaren 70 en zonnepanelen begin 2000, is een reële nachtmerrie.
‘De concurrentie vanuit onder meer de Verenigde Staten en Azië neemt snel toe en dreigt de opkomende Europese industrie te overvleugelen’, schrijven acht ceo’s met input van ruim 80 organisaties uit de Europese fotonische chipindustrie in een recente white paper.
Meer middelen naar bedrijven
Voor het opschalen met chips van de nieuwe generatie moeten nieuwe foundries worden gebouwd. ‘Dat is de enige manier om de huidige voorsprong te behouden’, weet mede-auteur Brinkhoff.
‘Vanaf het begin zijn semiconductors gefinancierd met een deel van de publieke middelen. Dat geld gaat nu veelal naar onderzoeks- en technologieorganisaties. We moeten veel meer kijken naar hoe we die middelen naar het bedrijfsleven kunnen krijgen. Daarin zijn Amerika en Azië veel sneller.’
Het opschalen van de productie naar commerciële (massa)productie is dringend nodig, maar de investeringen hiervoor zijn te laag. De urgentie wordt nog niet gevoeld, geven de schrijvers aan. Zo dreigt Europa ook voor de volgende generatie chips opnieuw afhankelijk te worden van de VS en Azië.
Geen eenmalige investering
De ceo’s doen diverse concrete aanbevelingen in dit document. Fotonische chips moeten in het hart van de Europese strategie voor chiptechnologie komen.
Liefst met een eigen programma in de Europese Chip Act II, zegt Brinkhoff, gericht op opschalen van de industriële productie. ‘Het is ook geen eenmalige investering. Als je wil blijven bestaan in deze competitieve wereld, zul je continu moeten blijven investeren.’
Ze willen meer ambitie zien met onder meer eigen moonshot-projecten. Denk aan een AI-fabriek met Europese optische schakelaars, autonome mobiliteitsdetectie voor zelfrijdende wagens en magazijnen en een fotonische kwantumcomputer.
Krachten bundelen
Brussel zou ook meer onderlinge samenwerking moeten bevorderen, zoals gezamenlijk inkopen en stimulansen om Europees te kopen.
Met gerichte investeringen in open foundries is een snellere schaalvergroting mogelijk voor kleine bedrijven, zonder dat ze hoeven te investeren in eigen productiefaciliteiten.
Europa moet ondernemerschap meer aanmoedigen met minder regeldrift en betere toegang tot kapitaal. Kortom, de krachten moeten nu serieus worden gebundeld. Anders mist Europa opnieuw de boot.
Lees ook: Johan Feenstra (Smart Photonics) wil meer lef zien
